Vīnes tilta oscilators: shēma un frekvences aprēķināšana

Kas ir Viena tilta oscilators?

Viena tilta oscilators ir veids no fāzes maiņas oscilatoriem, kas balstīts uz Viena tilta tīklu (Attēls 1a), kas sastāv no četriem šķautnēm, kas savienotas kā tilts. Šeit divas šķautnes ir tikai rezistīvās, savukārt otras divas šķautnes ir kombinācija no rezistoriem un kapacitoriem.

Konkrēti, vienā šķautnē rezistors un kapacitors ir savienoti seriāli (R1 un C1), savukārt otrā šķautne tos savieno paralēli (R2 un C2).

Tas norāda, ka šīs divas šķautnes tīklā izrāda identisku uzvedību tāpat kā augstās frekvences filtram vai zemas frekvences filtram, atspoguļot Attēlā 1b parādīto shēmu.

Šajā shēmā augstās frekvences gadījumā kapacitoru C1 un C2 reaktivitāte būs daudz mazāka, tādējādi uzspieks V0 kļūs par nulles, jo R2 tiks saīsināts.

Nākamais, zemās frekvences gadījumā kapacitoru C1 un C2 reaktivitāte kļūs ļoti liela.

Tomēr arī šajā gadījumā izvades uzspieks V0 paliks nulle, jo kapacitors C1 darbosies kā atvērts ceļš.

Viensāds uzvedība, ko rāda Viena tilta tīkls, padara to par ievadīšanas-vilcināšanas shēmu attiecīgi zemās un augstās frekvences gadījumā.

Viena tilta oscilatora frekvences aprēķināšana

Tomēr šīm divām augstajām un zemajām frekvencēm starpā eksistē noteikta frekvence, pie kuras pretestības un kapacitatīvās reaktivitātes vērtības kļūs vienādas, radot maksimālo izvades uzspieku.

Šo frekvenci sauc par rezonanču frekvenci. Viena tilta oscilatora rezonanču frekvenci aprēķina, izmantojot šādu formulu:

Turklāt šajā frekvencē ieejas un izvades fāzes nobīde kļūs par nulles, un izvades uzspieka amplitūda kļūs vienāda ar trešdaļu ieejas vērtības. Papildus tam, tiek novērots, ka Viena tilts būs līdzsvars tikai šajā konkrētajā frekvencē.

Viena tilta oscilatora gadījumā Viena tilta tīkls no Attēla 1 tiks izmantots atgriezeniskajā ceļā, kā parādīts Attēlā 2. BJT (Bipolārais joniskošanas tranzistors) izmantošanas shēma Wein Oscillatoram ir parādīta zemāk:

Šajos oscilatoros palielinātāja sadaļa sastāv no divpakāpju palielinātāja, ko veido tranzistori, Q1 un Q2, kur Q2 izvade tiek atgriezta kā ievade Q1 caur Viena tilta tīklu (parādīts zilā apgaismē attēlā).

Šeit šķērslaida, kas ir iekšējā shēmā, izraisīs Q1 bāzes strāvas maiņu, kas pēc amplifikācijas ar 180° fāzes nobīdi parādīsies tā kolektorpunktā.

Tas tiek ievadīts Q2 caur C4 un tiek vēlreiz amplificēts, parādoties ar papildu 180° fāzes nobīdi.

Tas padara kopējo fāzes nobīdi signālam, kas tiek atgriezts Viena tilta tīklā, 360°, apmierinošot fāzes nobīdes kritēriju, lai iegūtu ilggrozīgos oscilācijas.

Tomēr šis stāvoklis tiks apmierināts tikai rezonanču frekvences gadījumā, tādējādi Viena tilta oscilatori būs augsti selektīvi attiecībā uz frekvenci, vedot pie frekvences stabilizētas dizaina.

Viena tilta oscilatorus var izstrādāt, izmantojot Op-Amps kā daļu no to palielinātāja sadaļas, kā parādīts Attēlā 3.

Tomēr jāatzīmē, ka šeit Op-Amp ir jādarbojas kā neinversijas palielinātājs, jo Viena tilta tīkls piedāvā nulles fāzes nobīdi.

Turklāt, no shēmas ir skaidrs, ka izvades uzspieks tiek atgriezts gan inversijas, gan neinversijas ievades termināļiem.

Rezonanču frekvencē ievades un neinversijas termināļiem piestāvēs vienādi un fāzē ar sevi.

Tomēr pat šeit palielinātāja sprieguma guvums jābūt lielāks par 3, lai sāktu oscilācijas, un vienāds ar 3, lai tos uzturētu. Parasti šāda veida Op-Amp pamatotie Viena tilta oscilatori nevar darboties virs 1 MHz, tāpēc, ka uz tos tiek ieviesti ierobežojumi, kas nāk no viņu atvērtā gūstuma.

Viena tilta tīkli ir zemas frekvences oscilatori, kas tiek izmantoti, lai ģenerētu audio un subaudio frekvences, kas atrodas starp 20 Hz un 20 KHz.

Turklāt tie nodrošina stabilizētu, maz deformētu sinusoīdas izvadi plašā frekvences diapazonā, ko var izvēlēties, izmantoj