Ostsillaatoriahelad toodavad väljundis perioodilisi signaale. Need võivad sõltuvalt selle koostisest teisendada mis tahes alalisvoolu signaali erinevate sagedustega vahelduvvoolu signaaliks. Selles artiklis käsitleme Wieni sillaostsillaatorit, selle tööpõhimõtet koos muudetud versioonide ja näidetega.
Viini silla ostsillaator
Weini silla ostsillaator on Wheatstone'i silla sagedusele orienteeritud vorm. Silla moodustamisel sisaldavad kaks haru ainult takistusi, ülejäänud kaks aga takistuse ja kondensaatori kombinatsioone. Sillaostsillaatori üks haru koosneb järjestikusest RC-ahelast koos teise paralleelse RC-ahelaga, nagu on näidatud allpool:
Kahe haru kondensaatori-takisti kombinatsioonid näevad välja nagu kõrg- ja madalpääsfiltrid, nagu on näidatud alloleval joonisel:
Tööpõhimõte
Madalamate sageduste rakendamisel pakuvad seeriakondensaatorid väga suurt reaktiivsust, kuna kondensaatori reaktants on pöördvõrdeline sagedusega, mis on antud:
Tänu väga suurele reaktantsile käitub kondensaator avatud ahelana ja seetõttu jääb väljund nulliks.
Kõrgemate sageduste rakendamisel pakuvad mõlemad kondensaatorid C1 ja C2 madalat reaktiivsust ja toimivad nagu lühis. Sellises olukorras järgib sisendsignaal toiteallikasse naasmiseks lühistatud teed C1-st ja C2-st. Väljundpinge jääb ka sel juhul nulliks.
Siiski saame valida keskmise sagedusvahemiku väga kõrge ja väga madala sageduse vahel, et vältida nii avatud voolu kui ka lühise tingimusi. Keskmise taseme sagedust, mille juures väljundpinge näib olevat maksimaalne, nimetatakse resonantssageduseks.
Graafiline esitus
Resonantssagedusel võrdub väljundi suurus peaaegu kolmandikuga sisendpingest. Väljundvõimenduse ja faasinihke vahel joonistatud graafik illustreerib faasi edasiliikumist, faasiviivitust ja resonantsipunkti, nagu on näidatud allpool:
Madalatel sagedustel näitab faasinurk +90 kraadi, mis näitab faasi edasiliikumist sisend- ja väljundsignaalide vahel, kõrgetel sagedustel aga muutub faasinurk -90 kraadi, mis näitab, et sisend- ja väljundsignaalide vahel on faasiviivitus. Kesksageduspunkt fr näitab resonantssagedusi, kus kaks signaali on üksteisega faasis.
Madalatel sagedustel näitab faasinurk +90 kraadi, mis näitab faasi edasiliikumist sisend- ja väljundsignaalide vahel, kõrgetel sagedustel aga muutub faasinurk -90 kraadi, mis näitab, et sisend- ja väljundsignaalide vahel on faasiviivitus. Kesksageduspunkt fr näitab resonantssagedusi, kus kaks signaali on üksteisega faasis.
Ostsillaatori sageduse väljendus
Resonantssagedus arvutatakse järgmiselt:
Resonantssageduse jaoks; R1 = R2 = R & C1 = C2 = C:
Weini silla ostsillaator koos operatsioonivõimendiga
Weini silla ostsillaatorid võivad oma vooluringi integreerida ka op-võimendid. Operatsioonivõimendi klemmid on ühendatud Weini silla ostsillaatori kahe punktiga, nagu allpool näidatud:
Selle konfiguratsiooni ainsaks piiranguks on kõrgemate sageduste piiramine. Op-amp-põhised Weini sillaostsillaatorid peaksid töötama alla 1 MHz. See on tingitud asjaolust, et Weini sillad on madala sagedusega ostsillaatorid vahemikus 20 Hz kuni 20 kHz.
Näide
Kaaluge Weini silla ostsillaatori ahelas takistit 20kΩ ja muutuvat kondensaatorit 10nf kuni 2000nf. Hinnake võnkesageduste maksimaalseid ja minimaalseid väärtusi.
Võnkumiste sagedus määratakse järgmiselt:
Madalaima sageduse korral fmin;
Kõrgeima sageduse jaoks fmax:
Järeldus
Weini silla ostsillaator on kõrg- ja madalpääsfiltrivõrkude kombinatsioon. See töötab resonantssagedusel, kus väljundpinge näib olevat maksimaalne. Sellest sagedusest kõrgemal ja madalamal säilib nullväljund.