A Wien-hídas oszcillátor technikatörténeti háttere
|
8. ábra A Wien-hidas oszcillátor frekvencia-
meghatározó hálózata, a Wien-osztó |
9. ábra A Wien-híd |
|
Ebből egyenesen adódik a Wien-osztó (s vele együtt a Wien-híd és a Wien-hidas oszcillátor frekvenciameghatározó képlete:
![]() Nagyon fontos mindemellett kiemelni, hogy ez a képlet csak abban az esetben fedi a valóságot, ha a Wien-osztó ellenállásértékei, valamint kapacitásértékei rendre megegyeznek
és .Természetesen különböző ellenállás-, és kapacitásértékek esetén is rendelkezik a Wien-osztó saját frekvenciával. Ennek levezetése időigényesebb. Fogadjuk el tényként, hogy a Wien-osztó saját frekvenciájának általánosan alkalmazható képlete a következő:
![]() |
10.ábra A Wien-osztó átviteli- és fáziskaraktersiztikája |
és
kialakítás a bevett gyakorlat, melynek az egyszerű hangolási igény az indoka (közös tengelyes potenciométer, vagy forgókondenzátor).
, képzetes összetevője nincs, így a fázisforgatása 0 fok. Abban az esetben tehát, ha a frekvenciafüggetlen ellenállásosztó
is a bemeneti jelet egyharmadára osztja le, akkor a Wien-hídunk kiegyenlített lesz, vagyis az
feszültség eléri a minimumát, fázistiszta átvitel esetén pedig nulla (idealizált eset). Ez az állapot az oszcillációs frekvencián (és csak akkor) valósul meg.
|
Eddigi ismereteinket összegezve látható, hogy a Wien-osztót, mint szelektív visszacsatoló hálózatot alkalmazzuk, mely pozitív, párhuzamos, feszültség-visszacsatolást valósít meg. Tekintettel arra, hogy a Wien-osztó átviteli tényezője
![]()
12. ábra A Wien-hidas oszcillátor alapkapcsolása
|
![]() |
|
Átrendezve a kapcsolási rajzot, megvizsgálhatjuk az oszcilláció feltételeinek teljesülését. A Wien-osztó átviteli tényezője:
, fázistorzítása pedig . Elevenítsük fel az oszcilláció amplitúdó és fázisfeltételeit! , vagyis egységnyi hurokerősítéshez erősítési tényező szükséges. A fázisforgatás érték megvalósulásának elengedhetetlen feltétele. Mindennek érdekében fázist nem fordító, háromszoros erősítési tényezőjű fokozatot kell alkalmaznunk.A visszacsatoló hálózat erősítési tényezője a rezonanciafrekvencián:
![]() Az erősítőfokozat feszültségátvitele: ![]() |
14. ábra Egyszerű műveleti erősítős, Wien-hidas oszcillátor |
.
csökkenjen az erősítőfokozat erősítése, esetleges csökkenő kimeneti szint esetén
pedig növekedjék az erősítés. Ennek két egyszerű megoldása van. Mindkét esetben a negatív visszacsatoló hálózatba kell beavatkozni. A visszacsatoló hálózat alkalmazott határolóelemeinek mindegyike nemlineáris karakterisztikájú. Ezzel lényegében kvázilineáris erősítőfokozatot valósítunk meg.|
A) NTK-elem a visszacsatoló körben
15. ábra |
![]() |
![]() |
B) PTK-elem a visszacsatoló körben
Második esetben az osztó ellenállása egy pozitív termikus együtthatójú (pozitív termikus koefficiens, Positive Temperature Coefficient, PTK, PTC) kétpólus. Amennyiben a kimeneti feszültség megnövekszik (torzításveszély), az Omh-törvény értelmében az osztón áthaladó megnövekedett áram miatt az osztó ellenállásain nagyobb teljesítmény disszipálódik, mely nagyobb hőmérsékletet eredményez. A PTK jellegnek megfelelően az ellenállás értéke megnő, melynek értelmében az "A" erősítőfokozat átviteli tényezője kisebb lesz
16. ábra |
|
C) Diódás szabályozás
17. ábra |
![]() |
![]() |
D) Zener-diódás szabályozás
18. ábra |
| E) FET-es szabályozás Térvezérlésű tranzisztor alkalmazásakor a FET csatornaellenállását változtatjuk a kimeneti feszültség függvényében. Amennyiben a kimeneti feszültség amplitúdója megnövekszik, akkor a FET csatornaellenállása nagyobb lesz, ezáltal az erősítőfokozat átviteli tényezője lecsökken.
19. ábra
|
![]() |
dióda kinyit, majd negatív feszültségre tölti fel a
kondenzátort. A kapott egyenfeszültség nagysága természetesen a kimeneti jel amplitúdójától függ. Ezzel egyidejűleg az n-csatornás j-FET gate-source feszültsége is negatív értékű lesz. Növekvő kimeneti feszültségszint esetén a csatorna zárni kezd, ellenállása megnő, csökken az erősítés. Csökkenő kimeneti jel esetén a gate-source feszültsége kevésbé lesz negatív, így a csatorna ellenállása lecsökken, így az erősítés értéke nő. Vegyük észre, hogy az áramkör bekapcsolásakor a gate-source feszültség 0, ezért a FET csatornaellenállása kis értékű, melynek köszönhetően az erősítőfokozat átviteli tényezője:
. Ez alapfeltétele annak, hogy a hurokerősítés nagyobb legyen, mint 1
, ez pedig az oszcilláció megindulásának zálóga. A kimeneti feszültség növekedni kezd, ezáltal a csatorna zárni kezd. Amint a kimeneti feszültség eléri azt az értéket, ahol
, a kimeneti jel amplitúdója stabilizálódik.![]()

és
kialakítást magunka nézve is "kötelezővé" tesszük, akkor hamar felismerjük, hogy az oszcillátorunk hangolását vagy kettős (közös tengelyes) forgókondenzátorral, vagy kettős (közös tengelyes) forgópotenciométerrel valósíthatjuk meg. Ebben az esetben a mindenkori rezonancia az
képlettel számítható. Ennek tükrében a Wien-osztó hangolására alkalmas módszerek a 21. ábrán tekinthetők meg.


, valamint az amplitúdóstabilizálást a nemlineáris karakterisztikájú j-FET-tel biztisítjuk. Az erősítés optimális értéke a
potenciométerrel állítható be. A dekádon belüli finomhangolás a közös tengelyű, kettős potenciométerrel megoldott. Ebből következik, hogy a dekadikus hangolás a kapacitásértékek együttes változtatásával
valósul meg.
jelű potenciométer az erősítőfokozat erősítését hivatott beállítani. Az oszcillátor hangolása hasonlóképpen történik, mint az előző – műveleti erősítős – kapcsolásban.
és
elemekből felépített osztó. Az előbbi a pozitív feszültségvisszacsatolást, az utóbbi pedig a negatív feszültségvisszacsatolást realizálja. Az amplitúdó stabilitásáért az
jelű izzó a felelős, a nemlineáris karakterisztikája által. A kimenet alacsonyimpedanciás, hiszen a szinuszjelet a
jelű trióda katódköréből csatoljuk ki. |
Feltehetjük a kérdést: mitől korszerű egy Wien-hidas oszcillátor. Nos, jogos a felvetés. Valóban, a Wien-híd évtizedek óta ugyanolyan, s ilyen is marad. A kapcsolástechnika, a határolási módok sem változnak. Egyetlen dolog különbözteti meg az új berendezéseket a régi készülékektől, mégpedig a hangolásuk. Ma kizárólag rezisztív hangolást alkalmaznak. A digitális technika lehetővé tette, hogy a hangolóellenállások helyén digitális potenciométereket építsenek be. Ezek lényegében digitálisan programozható ellenállásláncok. Belátható, hogy a szabályozás nem folyamatos, az ellenállás csak diszkrét értékeket vehet fel, viszont sokszor ez elegendőnek bizonyul. Kárpótolhat minket a nagyon pontos potenciométer-együttfütás. Lényeges adata a digitális potenciométereknek a felbontás, mely azt határozza meg, hogy a teljes ellenállásértéket hány részre osztjuk fel, s vele együtt mekkora ez egyes lépésközök közötti ellenállás. A felbontást bitben szokásos közölni. Létezik például 8-, 10-, 12-, vagy akár 16-bites potenciométer is, ennek megfelelően adódik a felbontás: 256 (8-bit), 1024 (10-bites), 4096 (12-bit), illetve 65536(!) [16-bit]. A digitális potenciométerek egyszerű "fel" – "le" léptetésűek, párhuzamos-, illetve soros programozásúak.
25. ábra |
![]() |

Bővebb ismeretek itt: