Oscilatoru shēmas izejā rada periodiskus signālus. Tie var pārveidot jebkuru līdzstrāvas signālu maiņstrāvas signālā ar dažādām frekvencēm atkarībā no tā sastāva. Šajā rakstā mēs apspriedīsim Wien tilta oscilatoru, tā darbības principu, kā arī modificētas versijas un piemērus.
Vīnes tilta oscilators
Veina tilta oscilators ir uz frekvenci orientēta Vitstonas tilta forma. Tilta veidojumā divas rokas satur tikai pretestības, bet pārējās divas satur pretestības un kondensatora kombinācijas. Viena no tilta oscilatora svirām sastāv no virknes RC ķēdes ar citu paralēlu RC ķēdi, kā parādīts zemāk:
Divu sviru kondensatora un rezistoru kombinācijas izskatās kā augstfrekvences un zemas caurlaidības filtri, kā norādīts zemāk esošajā attēlā:
Darba princips
Ja tiek izmantotas zemākas frekvences, sērijas kondensatori piedāvā ļoti augstu pretestību, jo kondensatora pretestība ir apgriezti proporcionāla frekvencei, ko nosaka:
Ļoti augstas pretestības dēļ kondensators darbojas kā atvērta ķēde, un tāpēc izeja paliek nulle.
Ja tiek izmantotas augstākas frekvences, abi kondensatori C1 un C2 piedāvā zemu pretestību un darbojas kā īssavienojums. Šādā situācijā ieejas signāls seko īssavienojuma ceļam no C1 un C2, lai atgrieztos pie barošanas. Arī šajā gadījumā izejas spriegums paliek nulle.
Tomēr mēs varam izvēlēties vidējas frekvences diapazonu starp ļoti augstu frekvenci un ļoti zemu frekvenci, lai varētu izvairīties gan no atvērtas ķēdes, gan no īssavienojuma apstākļiem. Vidēja līmeņa frekvence, kurā izejas spriegums šķiet maksimālais, ir pazīstama kā rezonanses frekvence.
Grafiskais attēlojums
Rezonanses frekvencē izejas lielums ir vienāds ar gandrīz vienu trešdaļu no ieejas sprieguma. Grafikā, kas attēlots starp izejas pastiprinājumu un fāzes nobīdi, ir attēlots fāzes virziens, fāzes aizkave un rezonanses punkts, kā parādīts zemāk:
Zemās frekvencēs fāzes leņķis rāda +90 grādus, norādot fāzes virzību starp ieejas un izejas signāliem, savukārt augstās frekvencēs fāzes leņķis kļūst par -90 grādiem, norādot, ka starp ieejas un izejas signāliem būs fāzes aizkave. Vidējās frekvences punkts fr norāda rezonanses frekvences, kur divi signāli atrodas viens ar otru fāzē.
Zemās frekvencēs fāzes leņķis rāda +90 grādus, norādot fāzes virzību starp ieejas un izejas signāliem, savukārt augstās frekvencēs fāzes leņķis kļūst par -90 grādiem, norādot, ka starp ieejas un izejas signāliem būs fāzes aizkave. Vidējās frekvences punkts fr norāda rezonanses frekvences, kur divi signāli atrodas viens ar otru fāzē.
Oscilatora frekvences izteiksme
Rezonanses frekvence tiek aprēķināta šādi:
Rezonanses frekvencei; R1 = R2 = R un C1 = C2 = C:
Veina tilta oscilators ar op-amp
Wein tilta oscilatori savā ķēdē var integrēt arī darbības pastiprinātājus. Op-amp spailes ir savienotas ar diviem Wein tilta oscilatora punktiem, kā parādīts zemāk:
Vienīgais šīs konfigurācijas ierobežojums ir augstāku frekvenču ierobežojums. Uz ampēriem balstītie Wein tilta oscilatori jādarbina zem 1 MHz. Tas ir saistīts ar faktu, ka Veina tilti ir zemas frekvences oscilatori no 20 Hz līdz 20 kHz.
Piemērs
Apsveriet 20kΩ rezistoru un mainīgu kondensatoru no 10nf līdz 2000nf Veina tilta oscilatora ķēdē. Novērtēt svārstību frekvenču maksimālās un minimālās vērtības.
Svārstību biežumu nosaka:
Zemākajai frekvencei fmin;
Augstākajai frekvencei fmax:
Secinājums
Wein tilta oscilators ir augstas caurlaidības un zemas caurlaidības filtru tīklu kombinācija. Tas darbojas ar rezonanses frekvenci, kur izejas spriegums šķiet maksimālais. Virs un zem šīs frekvences tiek uzturēta nulles izeja.