Osciliatorių grandinės generuoja periodinius signalus išėjime. Jie gali konvertuoti bet kokį nuolatinės srovės signalą į kintamosios srovės signalą su skirtingais dažniais, priklausomai nuo jo sudėties. Šiame straipsnyje aptarsime Wien tilto osciliatorių, jo veikimo principą, modifikuotas versijas ir pavyzdžius.
Vieno tilto osciliatorius
Wein tilto osciliatorius yra į dažnį orientuota Wheatstone tilto forma. Sudarant tiltą, dviejose rankose yra tik varžos, o kitose dviejose yra varžos ir kondensatoriaus deriniai. Viena iš tilto generatoriaus svirties susideda iš nuoseklios RC grandinės su kita lygiagrečia RC grandine, kaip parodyta toliau:
Dviejų pečių kondensatoriaus ir rezistoriaus deriniai atrodo kaip aukšto ir žemo dažnio filtrai, kaip nurodyta toliau pateiktame paveikslėlyje:
Darbo principas
Kai naudojami žemesni dažniai, serijiniai kondensatoriai pasižymi labai didele varža, nes kondensatoriaus reaktyvumas yra atvirkščiai proporcingas dažniui, kaip nurodyta:
Dėl labai didelės reaktyvumo kondensatorius veikia kaip atvira grandinė, todėl išėjimas lieka nulinis.
Kai naudojami aukštesni dažniai, abu kondensatoriai C1 ir C2 turi mažą reaktyvumą ir veikia kaip trumpasis jungimas. Esant tokiai situacijai, įvesties signalas eina trumpojo jungimo keliu iš C1 ir C2, kad grįžtų į maitinimą. Išėjimo įtampa šiuo atveju taip pat lieka nulinė.
Tačiau galime pasirinkti vidutinio dažnio diapazoną tarp labai aukšto ir labai žemo dažnio, kad būtų išvengta atvirosios grandinės ir trumpojo jungimo sąlygų. Vidutinio lygio dažnis, kai išėjimo įtampa atrodo didžiausia, yra žinomas kaip rezonansinis dažnis.
Grafinis vaizdavimas
Esant rezonanso dažniui, išėjimo dydis yra lygus beveik trečdaliui įėjimo įtampos. Grafikas, nubraižytas tarp išėjimo stiprinimo ir fazės poslinkio, iliustruoja fazės pažangą, fazės delsą ir rezonanso tašką, kaip parodyta toliau:
Esant žemiems dažniams, fazės kampas rodo +90 laipsnių, nurodant fazės pokytį tarp įvesties ir išvesties signalų, o esant aukštiems dažniams, fazės kampas tampa -90 laipsnių, o tai reiškia, kad tarp įvesties ir išvesties signalų bus fazės vėlavimas. Vidutinio dažnio taškas fr nurodo rezonansinius dažnius, kai du signalai yra fazėje vienas su kitu.
Esant žemiems dažniams, fazės kampas rodo +90 laipsnių, nurodant fazės pokytį tarp įvesties ir išvesties signalų, o esant aukštiems dažniams, fazės kampas tampa -90 laipsnių, o tai reiškia, kad tarp įvesties ir išvesties signalų bus fazės vėlavimas. Vidutinio dažnio taškas fr nurodo rezonansinius dažnius, kai du signalai yra fazėje vienas su kitu.
Osciliatoriaus dažnio išraiška
Rezonansinis dažnis apskaičiuojamas taip:
Rezonansiniam dažniui; R1 = R2 = R ir C1 = C2 = C:
Wein tilto osciliatorius su op-amp
Wein tilto osciliatoriai taip pat gali integruoti operatyvinius stiprintuvus į savo grandinę. Op-amp gnybtai yra prijungti prie dviejų Wein tilto osciliatoriaus taškų, kaip parodyta toliau:
Vienintelis šios konfigūracijos apribojimas yra aukštesnių dažnių apribojimas. Operatyvinių stiprintuvų pagrindu veikiantys Wein tilto generatoriai turėtų veikti žemiau 1 MHz. Taip yra dėl to, kad Wein tiltai yra žemo dažnio osciliatoriai nuo 20 Hz iki 20 kHz.
Pavyzdys
Apsvarstykite 20 kΩ rezistorių ir kintamą kondensatorių nuo 10 nf iki 2000 nf Wein tilto generatoriaus grandinėje. Įvertinkite didžiausias ir mažiausias virpesių dažnių reikšmes.
Virpesių dažnis apskaičiuojamas taip:
Žemiausiam dažniui fmin;
Didžiausiam dažniui fmax:
Išvada
Wein tilto osciliatorius yra aukšto ir žemo dažnio filtrų tinklų derinys. Jis veikia rezonansiniu dažniu, kai išėjimo įtampa atrodo maksimali. Virš ir žemiau šio dažnio palaikoma nulinė išvestis.