Містовий генератор коливань Вієна: схема та розрахунок частоти

Що Таке Генератор на Мосту Віена

Генератор на мосту Віена — це вид фазового генератора, який базується на схемі мосту Віена (Рисунок 1а), що складається з чотирьох сполучених в мостовий спосіб плечей. Два плеча повністю резистивні, а два інших плеча є комбінацією резисторів та конденсаторів.

Особливо, одне плече має резистор і конденсатор, підключені послідовно (R1 і C1), а інше має їх паралельно (R2 і C2).

Це означає, що ці два плеча мережі ведуть себе так само, як і високочастотний фільтр або низькочастотний фільтр, імітуючи поведінку цепи, показаної на Рисунку 1b.

У цій схемі, при високих частотах, реактивне опір конденсаторів C1 і C2 буде значно меншим, через що напруга V0 стане нульовою, оскільки R2 буде короткозамкнуто.

Далі, при низьких частотах, реактивний опір конденсаторів C1 і C2 стане дуже високим.

Проте, навіть у цьому випадку, вихідна напруга V0 залишиться нульовою, оскільки конденсатор C1 буде діяти як відкритий контур.

Така поведінка, демонстрована мережею мосту Віена, робить її лідером-затримувачем у випадках низьких і високих частот, відповідно.

Обчислення Частоти Генератора на Мосту Віена

Незважаючи на це, серед цих двох високих і низьких частот, існує певна частота, при якій значення опору і капаситивного реактивного опору стануть рівними один одному, створюючи максимальну вихідну напругу.

Ця частота називається резонансною частотою. Резонансна частота для генератора на мосту Віена обчислюється за наступною формулою:

Більше того, при цій частоті, фазовий зсув між входом і виходом стане нульовим, а величина вихідної напруги стане рівною третині вхідного значення. Крім того, бачимо, що міст Віена буде збалансований лише при цій певній частоті.

У випадку генератора на мосту Віена, мережа мосту Віена з Рисунку 1 буде використовуватися в шляху зворотного зв'язку, як показано на Рисунку 2. Схема генератора Віена, використовуючи BJT (Біполярний Транзистор) показана нижче:

У цих генераторах, секція підсилювача складається з двоступінчатого підсилювача, сформованого транзисторами Q1 і Q2, де вихід Q2 повертається як вхід до Q1 через мережу мосту Віена (показано всередині синього контуру на рисунку).

Тут, шум, присутній в цепі, спричинить зміну базового струму Q1, який з'явиться на його колекторі після підсилення з фазовим зсувом 180°.

Це подається як вхід до Q2 через C4 і отримує додаткове підсилення, з'являючись з додатковим фазовим зсувом 180°.

Це робить загальний фазовий зсув сигналу, поданого назад до мережі мосту Віена, 360°, задовольняючи критерій фазового зсуву для отримання тривалих коливань.

Проте, ця умова буде задовольнена лише у випадку резонансної частоти, через що генератори на мосту Віена будуть надзвичайно вибірковими щодо частоти, що призводить до стабілізації частоти.

Генератори на мосту Віена можна проектувати, використовуючи Операційні Підсилювачі як частина їхньої секції підсилювача, як показано на Рисунку 3.

Проте, слід звернути увагу, що тут, Операційний Підсилювач повинен діяти як неінвертуючий підсилювач, оскільки мережа мосту Віена надає нульовий фазовий зсув.

Крім того, зі схеми очевидно, що вихідна напруга підсилюється до обох інвертуючого і неінвертуючого входів.

При резонансній частоті, напруги, подані на інвертуючий і неінвертуючий входи, будуть рівні і однофазні.

Проте, навіть тут, коефіцієнт підсилення напруги підсилювача повинен бути більшим за 3, щоб почати коливання, і дорівнювати 3, щоб їх підтримувати. Зазвичай, такі генератори на мосту Віена, засновані на Операційних Підсилювачах, не можуть працювати вище 1 МГц через обмеження, накладені на них їх відкритим коефіцієнтом підсилення.

Мережі мосту Віена є низ