WIEN Bridge Oscillator

WIEN_Oscillator_1.gif (3628 bytes)

WIEN_Oscillator.gif (7367 bytes)

   Όπως είναι γνωστό οι ταλαντωτές γέφυρας WIEN, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ημιτονικών σημάτων στις χαμηλές συχνότητες. Βασικά αποτελούνται από έναν ενισχυτή χαμηλών συχνοτήτων, στον οποίο δημιουργείται θετική και αρνητική ανασύζευξη. Έναν απλοποιημένο κύκλωμα γέφυρας WIEN βλέπουμε στο Fig. 1. Το δικτύωμα της θετικής ανασύζευξης ορίζει την συχνότητα ταλαντώσεων. Στην απλούστερη περίπτωση που χρησιμοποιούνται ίδιες αντιστάσεις και πυκνωτές, η συχνότητα ταλάντωσης είναι : F=1/2πRC (1). Η ενίσχυση της βαθμίδας ορίζεται από το δικτύωμα της αρνητικής ανασύζευξης και υπολογίζεται από την σχέση: A=RA+RB/RA (2). Για να διατηρηθούν οι ταλαντώσεις και συνχρόνως να μην παραμορφωθεί το σήμα εξόδου, η ενίσχυση της βαθμίδας πρέπει να είναι λίγο μεγαλύτερη από τον υποβιβασμό που δημιουργεί το δικτύωμα της θετικής ανασύζευξης. Στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται ίδιες τιμές αντιστάσεων και πυκνωτών στο κλάδο της θετικής ανάδρασης , η ενίσχυση πρέπει να είναι περίπου 3. Στην πράξη , η ρύθμιση της ενίσχυσης στην προκαθορισμένη τιμή γίνεται αυτομάτως με την βοήθεια ενός μη γραμμικού στοιχείου (λαμπάκι πυρακτώσεως , θερμίστορ, ή άλλο κατάλληλο κύκλωμα), που παρεμβάλλεται στον βρόχο της αρνητικής ανασύζευξης. Στο Fig. 2 βλέπουμε το κύκλωμα του ταλαντωτή . Ο ενισχυτής έχει δυο βαθμίδες σε σύζευξη DC. Η πρώτη βαθμίδα IC1 είναι ένας τελεστικός ενισχυτής . Η δεύτερη , αποτελεί την έξοδο, περιλαμβάνει δυο συμπληρωματικά τρανζίστορ Q1- Q2, σε συμμετρική διάταξη, που επιτρέπει στον ταλαντωτή να οδηγήσει φορτία , μεγαλύτερα από 50Ω. Το μη γραμμικό στοιχείο που χρειάζεται για την αυτόματη ρύθμιση της ενίσχυση , σχηματίζεται από τον παράλληλο συνδυασμό D1-2 και R1. Η χρήση της R1 παράλληλα στις διόδους ελαττώνει την μη γραμμικότητα του συνδυασμού και κρατάει σε χαμηλή στάθμη την παραμόρφωση (1-5%), αναλόγως των διαφόρων των παραμέτρων που έχουν οι δυο δίοδοι. Η συχνότητα των ταλαντώσεων μπορεί να αυξηθεί έως τους 20ΚΗΖ, χωρίς να αυξηθεί η παραμόρφωση και να μειωθεί αντίστοιχα έως τις χαμηλές συχνότητες ,αρκεί η σύζευξη να είναι DC. Mε τα υλικά που δίνω στον πίνακα υλικών , ο ταλαντωτής παράγει συχνότητα 1ΚΗΖ. Η συχνότητα μπορεί να αλλάξει , αλλάζοντας τις τιμές των αντιστάσεων και πυκνωτών , αποφεύγοντας τους ηλεκτρολυτικούς, αρκεί να κρατήσουμε την σχέση R1=R2 και C1=C2. Η χωρητικότητα των πυκνωτών υπολογίζεται από τον τύπο F=1/2πRC όπου F η παραγόμενη συχνότητα. Το ρεύμα που τραβάει το κύκλωμα , κυμαίνεται μεταξύ 10 και 50 mA, όταν το φορτίο είναι 50Ω. Η τροφοδοσία είναι συμμετρική +/-9V και μπορεί να γίνει από δυο μπαταρίες ή από ένα απλό σταθεροποιημένο τροφοδοτικό. Για να ρυθμίσουμε την γεννήτρια πρέπει να χρησιμοποιήσουμε έναν παλμογράφο , όπου θα βλέπουμε την κυματομορφή , ρυθμίζοντας το τρίμμερ TR1, έως ότου δούμε την κυματομορφή ,με την λιγότερη παραμόρφωση. Εάν δεν υπάρχει παλμογράφος, τότε απλά τοποθετούμε μια αντίσταση 47Ω σε σειρά με την έξοδο και ένα μεγάφωνο 8Ω /0.5W. Μεταβάλλουμε το τρίμμερ TR1 μέχρι να ακούσουμε την ταλάντωση στο μεγάφωνο, αλλά να προχωρήσουμε λίγο ακόμη την ρύθμιση του τρίμμερ.

   As it is known the oscillators of bridge WIEN, they are used for the production of sine wave signals in the low frequencies. Basically they are constituted from amplifier of low frequencies, in which is created positive and negative feedback. A simplified circuit of bridge WIEN we see in the fig. 1. The positive feedback it fixes the frequency of oscillations. In the simpler case where are used same resistances and capacitors, the frequency of oscillation is: F=1/2πRC (1). The gain of unit is fixed from network the negative feedback and is calculated by the relation: A=RA+RB/RA (2). To are maintained the oscillations and together is not distortion the output signal, the gain of stage should be little bigger than the demotion that it creates network the positive feedback. In the case where are used same prices of resistances and capacitors in the sector of positive feedback, the gain should are roughly 3.. In the practice, the regulation of gain in the predetermined price becomes automatically with the help of not linear element (lamb of glow, thermistor, or other suitable circuit), that is interfered in network the negative feedback. In the fig. 2 we see the circuit of oscillator. The amplifier has two units in coupling DC. First unit IC1 is a IC amplifier. Second, constitutes the output, it includes two complemental transistors Q1- Q2, in symmetrical provision, that allows in the oscillator to drive loads, bigger than 50R. The not linear element that needs for her automatic regulation gain, is shaped by parallel combination D1-2 and R1. The use of R1 at parallel in the diodes, decreases the not linearity of combination and it keeps in low level distortion (1-5%), proportionally the various of parameters that have the two diodes. The frequency of oscillations can increase itself until their 20KHZ, without is increased the distortion and is decreased respectively until the low frequencies, is enough the coupling is DC.. With the materials that I give in the table of materials, the oscillator produces frequency 1KHZ. The frequency can change, if changing the prices of resistances and capacitors, avoiding them electrolytic capacitors, it is enough we keep relation R1=R2 and C1=C2. The capacity of capacitors is calculated by the type F=1/2πRC where F the produced frequency. The current that pulls the circuit, oscillates between 10 and 50 mA, when the load is 50R. The supply is ± 9V and can becomes from two batteries or from one simple stabilised power supply. In order to we regulate the generator it should we use a oscilloscope, where we will see waveform, regulating him trimmer TR1, until we see the waveform, me the less distortion. If it does not exist oscilloscope, then simply we place a resistance 47R, in line with the exit and a loudspeaker 8R/0.5W. We adjust the trimmer TR1 until we hear the oscillation in the loudspeaker, but advance little still the regulation trimmer..

Part List

R1= 1.5Kohm TR1= 10Kohm Trimmer Q1= BC550C
R2= 12Kohm C1-2= 10nF 100V polyester Q2= BC560C
R3-4-5= 10Kohm C-3= 100nF 100V All R is metal film 1%
R6= 2.7Kohm D1-4= 1N4148
R7-8= 10ohm IC1= TL071-NE5534-LM741


Sam Electronic Circuits 8/01