Oskillaattoripiirit tuottavat jaksollisia signaaleja lähdössä. Ne voivat muuntaa minkä tahansa DC-signaalin AC-signaaliksi eri taajuuksilla riippuen sen koostumuksesta. Keskustelemme Wienin siltaoskillaattorista, sen toimintaperiaatteesta sekä muunnetuista versioista ja esimerkeistä tässä artikkelissa.
Wienin sillan oskillaattori
Wein-siltaoskillaattori on Wheatstonen sillan taajuussuuntautunut muoto. Sen sillanmuodostuksessa kaksi vartta sisältävät vain vastukset, kun taas kaksi muuta sisältävät vastus- ja kondensaattoriyhdistelmiä. Yksi siltaoskillaattorin varreista koostuu sarjasta RC-piiristä, jossa on toinen rinnakkainen RC-piiri, kuten alla on esitetty:
Kahden varren kondensaattori-vastusyhdistelmät näyttävät ylipäästö- ja alipäästösuodattimilta, kuten alla olevassa kuvassa:
Toimintaperiaate
Kun käytetään alhaisempia taajuuksia, sarjakondensaattorit tarjoavat erittäin korkean reaktanssin, koska kondensaattorin reaktanssi on kääntäen verrannollinen taajuuteen, kuten:
Erittäin suuresta reaktanssista johtuen kondensaattori käyttäytyy avoimena piirinä ja siksi lähtö pysyy nollana.
Kun käytetään korkeampia taajuuksia, molemmat kondensaattorit C1 ja C2 tarjoavat alhaisen reaktanssin ja toimivat oikosulkuna. Tässä tilanteessa tulosignaali seuraa oikosulkua C1:stä ja C2:sta palatakseen syöttöön. Lähtöjännite on tässäkin tapauksessa nolla.
Voimme kuitenkin valita keskitaajuusalueen erittäin korkean ja erittäin matalan taajuuden väliltä, jotta voidaan välttää sekä avoimet että oikosulkuolosuhteet. Keskitason taajuus, jolla lähtöjännite näyttää olevan maksimi, tunnetaan resonanssitaajuutena.
Graafinen esitys
Resonanssitaajuudella lähdön suuruus on lähes kolmasosa tulojännitteestä. Kun kaavio piirretään ulostulovahvistuksen ja vaihesiirron välillä, se kuvaa vaiheen etenemistä, vaiheviivettä ja resonanssipistettä alla esitetyllä tavalla:
Matalilla taajuuksilla vaihekulma näyttää +90 astetta, mikä osoittaa vaiheen etenemisen tulo- ja lähtösignaalien välillä, kun taas korkeilla taajuuksilla vaihekulmasta tulee -90 astetta, mikä osoittaa, että tulo- ja lähtösignaalien välillä on vaiheviive. Keskitaajuuden piste fr ilmaisee resonanssitaajuuksia, joissa kaksi signaalia ovat vaiheessa toistensa kanssa.
Matalilla taajuuksilla vaihekulma näyttää +90 astetta, mikä osoittaa vaiheen etenemisen tulo- ja lähtösignaalien välillä, kun taas korkeilla taajuuksilla vaihekulmasta tulee -90 astetta, mikä osoittaa, että tulo- ja lähtösignaalien välillä on vaiheviive. Keskitaajuuden piste fr ilmaisee resonanssitaajuuksia, joissa kaksi signaalia ovat vaiheessa toistensa kanssa.
Oskillaattorin taajuuslauseke
Resonanssitaajuus lasketaan alla:
Resonanssitaajuudelle; R1 = R2 = R & C1 = C2 = C:
Wein-siltaoskillaattori op-vahvistimella
Wein-siltaoskillaattorit voivat myös integroida operaatiovahvistimia piiriinsä. Op-amps-liittimet on kytketty Wein-siltaoskillaattorin kahteen pisteeseen alla olevan kuvan mukaisesti:
Tämän kokoonpanon ainoa rajoitus on korkeampien taajuuksien rajoitus. Op-amp-pohjaisia Wein-siltaoskillaattoreita tulisi käyttää alle 1 MHz:n taajuudella. Tämä johtuu siitä, että Wein-sillat ovat matalataajuisia oskillaattoreita välillä 20 Hz - 20 kHz.
Esimerkki
Harkitse 20kΩ:n vastusta ja 10nf - 2000nf säädettävää kondensaattoria Wein-siltaoskillaattoripiirissä. Arvioi värähtelytaajuuksien maksimi- ja minimiarvot.
Värähtelyn taajuus saadaan seuraavasti:
Alimmalle taajuudelle fmin;
Korkeimmalle taajuudelle fmax:
Johtopäätös
Wein-siltaoskillaattori on yhdistelmä yli- ja alipäästösuodatinverkkoja. Se toimii resonanssitaajuudella, jolla lähtöjännite näyttää olevan maksimi. Tämän taajuuden ylä- ja alapuolella lähtö säilyy nollassa.