Веинов осцилатор моста

У овом упутству ћемо научити о Веин Бридге осцилатору који је развио немачки физичар Мак Виен. Првобитно је развијен за израчунавање капацитивности тамо где су познати отпор и фреквенција. Пре него што пређемо на детаљнију расправу о томе шта је заправо Веин Бридге осцилатор и како се користи, погледајмо шта је осцилатор, а шта Веин Бридге осцилатор.

Веин Бридге осцилатор:

Као и у претходном водичу РЦ осцилатора, отпорник и кондензатор су потребни за фазни помак, а ако повежемо појачало у инвертујућим спецификацијама и повежемо појачало и РЦ мреже повратном везом, излаз појачала почиње да производи синусоидни таласни облик осциловањем.

У бечком осцилатору моста користе се две РЦ мреже преко појачала и производе осцилаторно коло.

Али зашто бисмо изабрали бечки осцилатор моста ?

Због следећих тачака, бечки осцилатор моста је мудрији избор за производњу синусоидног таласа.

Стабилан је.
Изобличење или ТХД (Тотал Хармониц Дистортион) је испод контролисаног ограничења.
Фреквенцију можемо променити врло ефикасно.

Као што је већ речено, Веин Бридге осцилатор има двостепену РЦ мрежу. То значи да се састоји од два неполарна кондензатора и два отпорника у високопропусном и нископропусном облику. Један отпорник и један кондензатор у серији, с друге стране један кондензатор и један отпорник у паралелној формацији. Ако конструишемо коло, шема ће изгледати само овако: -

Као што се јасно види, користе се два кондензатора и два отпорника. И РЦ ступњеви који делују као високопропусни и нископропусни филтер повезани заједно, што је производ опсежног филтра који акумулирају зависност фреквенције од два степена реда. Отпор Р1 и Р2 су исти, а такође су и капацитивности Ц1 и Ц2 исти.

Појачање излазног осцилатора Веиновог моста и фазни помак:

Оно што се дешава унутар РЦ мрежног кола на горњој слици је веома занимљиво.

Када се примени ниска фреквенција, реактанција првог кондензатора (Ц1) је довољно велика и блокира улазни сигнал и одупире се кругу да произведе 0 излаза, с друге стране, иста ствар се дешава на други начин за други кондензатор (Ц2) који је повезани паралелно. Ц2 реактанција је прениска и заобилази сигнал и поново производи 0 излаза.

Али у случају средње фреквенције када реактанција Ц1 није велика, а реактанца Ц2 није мала, даће излаз преко тачке Ц2. Ова фреквенција се назива Резонантна фреквенција.

Ако дубински видимо унутрашњост кола видећемо да су реактанција кола и отпор кола једнаки ако се постигне резонантна фреквенција.

Дакле, постоје два правила која се примењују у таквом случају када је коло дато резонантном фреквенцијом преко улаза.

А. Фазна разлика улаза и излаза једнака је 0 степени.

Б. Како је у 0 степени, излаз ће бити максималан. Али колико? То је блиско или прецизније 1/3 ^ИИИ величине улазног сигнала је.

Ако видимо излаз кола, схватићемо те тачке.

Излаз је потпуно исте криве као и слика која се приказује. На ниској фреквенцији од 1 Хз излаз је мањи или скоро 0 и повећава се са учесталошћу на улазу до резонантне фреквенције, а када се достигне резонантна фреквенција, излаз је у својој максималној тачки и континуирано се смањује са порастом фреквенције и поново производи 0 излаза на високој фреквенцији. Дакле, јасно пролази одређени фреквенцијски опсег и производи излаз. Због тога је претходно описан као пропусни филтер променљивог опсега (Фрекуенци Банд) који зависи од фреквенције. Ако пажљиво погледамо фазни помак излаза, јасно ћемо видјети маргину фазе од 0 степени на излазу при одговарајућој резонантној фреквенцији.

У овој кривуљи излаза фазе фаза је тачно 0 степени на резонантној фреквенцији и започиње од 90 степени до пада на 0 степени када се улазна фреквенција повећава док се не постигне резонантна фреквенција, а након тога фаза наставља да се смањује на крајњој тачки - 90 степени. У оба случаја користе се два израза. Ако је фаза позитивна, назива се Пхасе Адванце, а у случају негативне назива се Пхасе Делаи.

Резултат фазе филтера видећемо у овом симулационом видеу:

У овом видеу се користи 4.7к као Р у Р1 Р2, а кондензатор 10нФ се користи и за Ц1 и за Ц2. Применили смо синусоидни талас преко степеништа, а у осцилоскопу Жути канал приказује улаз струјног круга, а плава линија излаз кола. Ако пажљиво погледамо, излазна амплитуда је 1/3 улазног сигнала, а излазна фаза је готово идентична померању фазе од 0 степени у резонантној фреквенцији, као што је претходно речено.

Резонантна фреквенција и излаз напона:

Ако узмемо у обзир да је Р1 = Р2 = Р или се користи исти отпорник, а за избор кондензатора Ц1 = Ц2 = Ц користи се иста вредност капацитивности, тада ће резонантна фреквенција бити

Фхз = 1 / 2πРЦ

Р означава отпорник, а Ц представља кондензатор или капацитет, а Фхз ако је резонантна фреквенција.

Ако желимо да израчунамо Воут мреже РЦ, требало би да видимо коло на другачији начин.

Ова РЦ мрежа ради са улазним сигналима наизменичне струје. Израчунавање отпора кола у случају наизменичне струје, уместо израчунавање отпора кола у случају једносмерне струје, помало је незгодно.

РЦ мрежа ствара импедансу која делује као отпор на примењени АЦ сигнал. Раздјелник напона има два отпора, у овим РЦ фазама два отпора су импеданса првог филтра (Ц1 Р1) и импеданса другог филтра (Р2 Ц2).

Како постоје кондензатори који су спојени серијски или паралелно, формула импеданце ће бити: -

З је симбол импедансе, Р је отпор, а Ксц означава капацитивну реактанцу кондензатора.

Користећи исту формулу можемо израчунати импедансу првог степена.

У случају другог степена, формула је иста као и израчунавање паралелног еквивалентног отпора,

З је импеданса, Р је отпор, Кс је кондензатор

Коначна импеданса кола може се израчунати помоћу ове формуле: -

Можемо израчунати практични пример и видети излаз у таквом случају.

Ако израчунамо вредност и видимо резултат, видећемо да ће излазни напон бити 1/3 улазног напона.

Ако спојимо двостепени излаз РЦ филтера у неинвертујући улазни пин појачала или + Вин пин, и подесимо појачање да бисмо надокнадили губитак, излаз ће произвести синусни талас. То је осцилација Бечког моста, а склоп је Веиново осцилаторно коло.

Рад и изградња Веин Бридге осцилатора:

На горњој слици, РЦ филтер је повезан преко оптичког појачала које је у неинвертујућој конфигурацији. Р1 и Р2 су отпорници фиксне вредности, док су Ц1 и Ц2 кондензатори променљиве тримера. Променајући вредност та два кондензатора истовремено, могли бисмо добити одговарајуће осциловање од доњег опсега до горњег опсега. Веома је корисно ако желимо да користимо Веинов осцилатор моста за производњу синусног таласа на различитим фреквенцијама од доњег до горњег опсега. А Р3 и Р4 се користе за појачање повратне спреге оп-појачала. Излазни добитак или појачање је веома поуздан у те две комбинације вредности. Како два РЦ ступња спуштају излазни напон на 1/3, неопходно је повратити га назад. Такође је мудрији избор добити барем 3к или више од 3к (4к пожељно) добитка.

Добитак можемо израчунати помоћу релације 1+ (Р4 / Р3).

Ако поново видимо слику, можемо видети да је повратна путања оперативног појачала са излаза директно повезана са улазном фазом РЦ филтера. Како двостепени РЦ филтер има својство фазног помака од 0 степени у резонантној фреквенцијској области и директно је повезан са позитивном повратном спрегом оп-амп-а, претпоставимо да је кВ +, а у негативној повратној спрези примењује се исти напон који износи кВ- са истом фазом од 0 степени, опцијско појачало разликује два улаза и искључује сигнал негативне повратне спреге и због тога се наставља како излаз повезан на РЦ фазе почиње да осцилира.

Ако користимо већу брзину пораста, веће фреквенције оп-појачала излазна фреквенција може се увећати за широк износ.

У овом сегменту се налази неколико опсежних појачавача високе фреквенције

Такође морамо имати на уму да смо у претходном водичу за РЦ осцилаторе разговарали о ефекту оптерећења, требало би да изаберемо опционо појачало са високом улазном импедансом већом од РЦ филтера да бисмо смањили ефекат оптерећења и осигурали правилно стабилно осциловање.

ЛМ318А
ЛТ1192
МАКС477
ЛТ1226
ОПА838
ТХС3491 што је 900 мХз оптичко појачало високог нивоа!
ЛТЦ6409 што је опционо појачало од 10 ГХз ГБВ. Да не помињемо ово захтева посебно додавање кола и изузетно добру тактику РФ дизајна да би се постигао и овај високофреквентни излаз.
ЛТЦ160
ОПА365
ТСХ22 оптичко појачало индустријског квалитета.

Практични пример Веин Бридге осцилатора:

Израчунајмо практичну вредност примера избором вредности отпорника и кондензатора.

На овој слици се за РЦ осцилатор користи отпорник 4.7к и за Р1 и за Р2. А коришћени кондензатор тримера који има два пола садржи 1-100нФ за капацитет резања Ц1 и Ц2. Израчунајмо фреквенцију осциловања за 1нФ, 50нФ и 100нФ. Такође ћемо израчунати добитак опамп-а као Р3 одабран као 100к, а Р4 одабран као 300к.

Како је израчунавање фреквенције лако по формули

Фхз = 1 / 2πРЦ

За вредност Ц је 1нФ, а за отпорник 4.7к, Фреквенција ће бити

Фхз = 33.849 Хз или 33.85 КХз

За вредност Ц је 50нФ, а за отпорник 4.7к, фреквенција ће бити

Фхз = 677Хз

За вредност Ц је 100нФ, а за отпорник 4.7к, фреквенција ће бити

Фхз = 339Хз

Дакле, највиша фреквенција коју можемо постићи коришћењем 1нФ што је 33,85 Кхз, а најнижа фреквенција коју можемо постићи коришћењем 100нФ је 339Хз.

Прираст оп-амп је 1+ (Р4 / Р3)

Р4 = 300к

Р3 = 100к

Дакле, добитак = 1+ (300к + 100к) = 4к

Оптичко појачало ће произвести 4к појачање улаза преко неинвертованог „позитивног“ пина.

Дакле, користећи овај начин можемо произвести пропусни опсег променљиве фреквенције Веин Бридге осцилатора.

Апликације:

Веин Бридге осцилатор који се користи у широком нивоу примена у пољу електронике, од проналажења тачне вредности кондензатора. За генерисање 0-степених фазно стабилних осцилаторних кола, због ниског нивоа буке такође је мудрији избор за различите нивое звука примене где је потребно континуирано осциловање.