Co určuje amplitudu Wienova oscilátoru?

Zpráva

ptl · #1 Příspěvek od **ptl** » 20 pro 2013, 21:11

Na otázku v názvu pořád nemůžu najít odpověď. Všude se jenom rozebírá, jaké musí být zesílení atd., ale zdá se, že nikdo výstup k ničemu nepoužívá. Řekněme, že mám Wienův oscilátor s 1 OZ a stabilizací antiparalelními diodami, schema třeba podle http://www.physics.udel.edu/~nowak/phys645/More_opamp_circuits.htm
Jaká bude amplituda napětí na výstupu? Kdybych ji chtěl regulovat, tak třeba dát na výstup buffer a potenciometr?

#2 Příspěvek od **Sendyx** » 20 pro 2013, 21:25

Napětí je dáno tou smyčkou řízení zisku (u oscilátorů s smyčkou typu usměrňovač - řízené zesílení), nebo omezením na nelinearitě, poklesem zesílení s výstupní amplitudou aj. Z časů elektronek k tomu byly dost propracované texty, stačí pořádně hledat.

#3 Příspěvek od **Hill** » 21 pro 2013, 08:51

Jak, nikdo výstup k ničemu nepoužívá? Kvůli tomu se přece oscilátor s Wienovým členem dělá, aby se výstup použil.
Výstupní úroveň je daná nelinearitou řízení zisku zesilovače, tedy tím, při jaké výstupní úrovni má zesilovač Au=3. Když má víc, musí zisk snížit, když méně, musí zisk přidat.
Čili i při stabilizaci změnou odporu vlákna žárovky bude amplituda signálu na výstupu závislá na vlastnostech žárovky. Při vhodné volbě lze ale dosáhnout velmi čisté sinusovky na výstupu.
S těmi diodami ve zpětné vazbě už počítej s tím, že to sinusovku generovat nebude.

ptl · #4 Příspěvek od **ptl** » 21 pro 2013, 14:56

Ale zesílení 3 je dané těmi odpory, když neuvažujeme stabilizaci (nelinearitu), tak na výstupní úrovni přece nezáleží. V ideálním případě, kdy by stabilizace nebyla potřeba, jaká by tedy byla výstupní amplituda?

Milan · #5 Příspěvek od **Milan** » 21 pro 2013, 15:59

Nekonečná.

#6 Příspěvek od **Hill** » 21 pro 2013, 16:26

V reálných podmínkách neudržíš Au=3 s takovou přesností, aby to bylo schopné chodit. Buď bude o fous vyšší, pak se amplituda bude zvyšovat teoreticky do nekonečných hodnot, prakticky do té, při níž začne některý prvek zapojení omezovat.
Když zesílení klesne pod 3, amplituda kmitů se bude rychle zmenšovat, až kmity zaniknou.
Proto tam musíš použít stabilizaci amplitudy a teprve tímto obvodem nastavíš amplitudu, při které automatika udržuje zesílení právě na hodnotě 3.

ptl · #7 Příspěvek od **ptl** » 21 pro 2013, 17:07

Aha, takže se to nedá odhadnout předem? Budu muset ten obvod rozchodit, a pak teprve zjistím, jestli potřebuju zesilovač nebo zeslabení pro zvolenou amplitudu?

Milan · #8 Příspěvek od **Milan** » 21 pro 2013, 17:59

Ale to ne. Představ si,že máš jako aktivní prvek nějaký běžný operák napájený třeba +-12V. Pokud bude kladná vazba dostatečná ,zapojení se ti rozkmitá ,ale max.amplituda na výstupu bude třeba někde kolem +-10,5V, protože prostě z operáku víc nevyleze. To však již budeš mít tu sinusovku zmršenou ,protože výstup omezuje, zesílení při napětích blížících se napájecímu klesá .Proto tam musí být nějaký regulační prvek (FET,žárovka ,termistor) ,který to zesílení reguluje tak,aby na výstupu bylo to,co chceš. Tj. zesílení v kladné zpětné vazbě určitě bude větší než 3 ( třeba 10 ) ,aby se to spolehlivě rozkmitalo, no a pak regulátor v záporné zpětné vazbě "stáhne" zesílení na nezbytně nutnou hodnotu pro kmitání. Není to ale tak jednoduché,chceš-li to přelaďovat ,zvláště při vyšších kmitočtech řádu 100 kHz a výše je návrh dost složitý. Pro jednu frekvenci jsou určitě jednodušší a stabilnější řešení.

ptl · #9 Příspěvek od **ptl** » 21 pro 2013, 19:27

Tak zase nevím. Ve všech výkladech Wienova osc. se o zesílení píše jen z hlediska udržení oscilací. Jak bych třeba tou žárovkou nastavil amplitudu libovolně mezi 0.1V a nějakým maximem cca 10V? Jde mi o pevnou frekvenci a nízkou, řádově desítky Hz.

#10 Příspěvek od **Sendyx** » 21 pro 2013, 20:06

Jak ? Jednoduše ! při zvoleném výstupním napětí tou žárovkou musí protékat takový proud, aby měla odpor právě takové velikosti, že se sítí ostatních součástek zpětné vazby bude mít zesilovač zesílení právě 3.
To je jedna z podmínek.

TubeGuru · #11 Příspěvek od **TubeGuru** » 21 pro 2013, 20:37

Zdar, podmínka, že zesílení aktivního prvku (ať je to elektronka, tranzistor nebo operační zesilovač) musí být právě 3 vyplývá z přenosu Wienova článku, který je 1/3, jak vysvětluje zde: http://home.zcu.cz/~ronesova/index.php?menuitem=aes_mwg
uživatelka Andrea (snad stále ještě) z tohoto fora. Když připustíme zjednodušení, že max. výstupní napětí oscilátoru bude rovno přibližně napájecímu napětí, bude to při použití OZ asi těch 10V, při použití tranzistoru dle typu až 1000V. Je-li třeba napětí nižší, použije se atenuátor (úplně stačí odporový dělič napětí). Když je potřeba napětí vyšší než je výstupní, dá se pohodlně transformovat nahoru, protože má téměř ideální sinusový průběh nebo zesílit podle potřeby.
P.S. Ten odkaz nějak nefunguje, pořád se přesměrovává zpět do tohoto vlákna, ale když se ta adresa zkopíruje do Googlu, je to v pořádku.

ptl · #12 Příspěvek od **ptl** » 21 pro 2013, 21:13

Aha, jak to napsal Sendyx mi to už dává smysl. Čili je asi nemožné předpovědět amplitudu na papíře, spíš se to musí vyzkoušet.

Na tom odkazu Tubeguru se dole píše, co bych očekával, že se rozkmitá a přejde do saturace. Pak tam píše, že snižováním zesílení se "zmenšuje zkreslení" výstupu, což chápu tak, že je čím dál tím méně ořezáván. "Nejmenšího zkreslení se dosáhne (...) když zesílení je přesně 3." Znamená to, že v tom okamžiku právě přestal být ořezáván a amplituda je tedy blízká maximu podle OZ?

#13 Příspěvek od **Hill** » 21 pro 2013, 21:43

Ne. Amplituda může být i podstatně menší. Záleží přece na tom, jaký příčný odpor zvolíš ve smyčce zpětné vazby a jakou amplitudou výstupního signálu se na regulačním prvku vyvolá stav, kdy zesílení stupně je právě 3. Když amplituda stoupne, regulační prvek sníží zesílení tak, aby opět poklesla. Tento pokles způsobí takovou změnu vlastností regulačního prvku, která vyvolá opětné zvýšení zisku zesilovače.
Například vlákno žárovky 24V/50mA mívá nejlepší regulační vlastnosti při amplitudě napětí na ní mezi 1V a 5V, ale nelze to brát jako dogma, zvláště pak ne na kmitočtech do málo desítek Hz, kde tepelná setrvačnost vlákna nestačí a jeho teplota se více nebo méně mění v rytmu kmitů oscilátoru, což ovlivňuje tvar průběhu. Tam je potřeba regulace pomalejší, než jaké se s tak tenkým vláknem žárovičky dá dosáhnout.
Ale na toto téma byla popsána spousta papíru a webového prostoru...

ptl · #14 Příspěvek od **ptl** » 22 pro 2013, 16:11

Tak díky všem. Nevím sice, kde ta spousta papíru je, a na internetu jsem žádný rozbor, jaká konkrétně amplituda bude, nenašel, ale teď snad už tuším, co ji určuje.

danhard · #15 Příspěvek od **danhard** » 23 pro 2013, 00:19

Do háje, amplituda každého oscilátoru je přeci taková, kde ji omezuje zesilovač, nebo kde ji reguluje regulace, nebo jiný napěťově závislý prvek.