Wieni sillaga ostsillaator: erinevus redaktsioonide vahel

Eemaldatud sisu Lisatud sisu
P näpukad
P näpukad
2. rida:
'''Wieni sillaga ostsillaator''' ([[inglise keel]]es ''Wien bridge oscillator'') on RC-tagasisideahelaga madalsageduslike elektrivõnkumisi genereeriv lülitus. Wieni sillaga ostsillaatorit eristab teistest RC-tagasisideahelaga [[ostsillaator]]itest see, et seda tüüpi seade kasutab sobiva tagasiside tekitamiseks Wieni [[sildlülitus]]t, mille töötas välja saksa teadlane [[Max Wien]] aastal 1891. Wieni sildlülitus sisaldab nelja [[takisti]]t ja kahte [[kondensaator]]it ning põhineb sarnasel, ent reaktiivelemente (kondensaatoreid) mittesisaldaval [[Wheatstone'i sild|Wheatstone'i sillal]]. Mõlema sildlülituse puhul kasutatakse ära tasakaalustamist kahe rööpse haru vahel selgitamaks välja komponentide täpseid väärtusi.
 
Wieni sildlülitus töötati välja juba 19. sajandi lõpus. Tänapäevase elektrilülituse arendas lõplikult välja aga William Hewlett 1939. aastal, kui ta selgitas välja, kuidas muuta ostsillaatori väljund stabiilseks ja tagada väikesed moonutused. Koos David Packardiga asutatud ettevõttes, [[Hewlett-Packard]]is, töötas Hewlett välja esimese täppis Wieni sillaga ostsillaatori HP200A.
 
==Wieni sild==
 
[[Pilt:Brug_van_Wien.png|pisi|paremal|Wieni silla põhimõteskeem.]]
Wieni sild on sildlülituses elektrilülitus, mis koosneb kahest takistist ja kahest kondensaatorist. Wieni silla põhimõte sarnaneb Wheatstone'i sildlülitusega, millega on võimalik täppismäärata takistite takistust. Wieni sild sisaldab [[sagedus]]est sõltuvaid elemente (kondensaator) ja seega avaldub sellega võimalus määrata täpselt uuritava kondensaatori [[mahtuvus]]e väärtus, teades vooluallika sagedust ja teiste komponentide väärtusi. Samuti on võimalik ka vastupidine protsess ehk sageduse määramine teades lülituses olevate komponentide väärtusi. Nii Wheatstone kui ka Wieni sild põhinevad tasakaalu põhimõttel- kahe rööbiti ühendatud ja sillatud ahela vahel on tasakaal, kui silla diagonaalis on voolutugevus null. Tasakaal saavutamiseks tuleb valida kahe rööbiti oleva ahela komponendid nõnda, et ühe ahela impedantside suhe võrduks teise ahela komponentide suhtega. Sel juhul, vastavalt [[pingejagur]]i valemile, on silla otste vahel [[elektrivälja potentsiaal|potentsiaal]] null ja [[elektrivoolu tugevus|vool]] silla diagonaalis puudub.
 
 
25. rida:
 
 
<math>\omega^2=\frac{1}{{R_1 \cdot R_2 \cdot C_1 \cdot C_2}}</math> '', kus ω on ringsagedus,C<sub>1</sub>,C<sub>2</sub> on kondensaatorite mahtuvuse väärtused (Farad) ja R<sub>1</sub>,R<sub>2</sub> on takistus-väärtusedtakistusväärtused (Ohmohm).''
 
 
36. rida:
Sumbumatute võnkumiste tekkimiseks peavad olema täidetud sisend- ja väljundpingete amplituudide ning faaside tasakaalu tingimused.
Sisend- ja väljundpingete amplituudid on tasakaalus, kui võimenduselemendi võimendusteguri ''K'' ja tagasisideahela ülekandeteguri ''B'' korrutis on 1 (''B'' on võimendi sisendisse rakenduva tagasiside pinge ja võimendi väljundpinge suhe).
Faaside tasakaalu tingimus nõuab, et võimendis tekkiva faasinihkenurga ja tagasisideahelas tekkiva faasinihkenurga summa oleks null või 2π-täisarvkordne. Seega on faaside tasakaalu tingimus täidetud juhul, kui tagasisideahelast saabuv pinge on sisendpingega faasis, s.tst tagasiside peab olema positiivne. <ref>http://et.wikipedia.org/wiki/Ostsillaator</ref>
 
 
==Wieni sillaga ostsillaator==
 
[[Pilt:FILTER2.gif|pisi|paremal|Wieni sild kui ribapääsfilter ostsillaatori tagasiside-ahelastagasisideahelas.]]
Wieni sild ühendatakse selektiivahelana ostsillaatori tagasisideahelasse, jättes ära selle rööpahela ning sillates seda võimenduselemendi sisendiga. Sellises konfiguratsioonis lihtsustub Wieni silla käsitlus sedavõrd, et seda võib vaadelda kui ribapääsfiltrit, mis koosneb eralid kõrg- ja madalpääsfiltrist, ja mille väljund on juhitud võimenduselemendi sisendisse.<ref>http://www.electronics-tutorials.ws/oscillator/wien_bridge.html</ref> Selline filter tagab väga suure selektiivsuse, kuna resonantssageduselt eemaldumisel kasvab faasinihe järsult 180 kraadini, mil tagasiside saab kõvasti summutatud (tekib negatiivne tagasiside)<ref name="abo">Abo, Lembit, "Raadiolülitused", 1990, Tallinn, Valgus, lk. 129-132129–132</ref>. Kondensaatorid omavad mahtuvustakistust, mis on avaldatav järgneva valemiga<ref>http://www.allaboutcircuits.com/vol_2/chpt_4/2.html</ref>:
 
 
<math>X_c=\frac{1}{{\omega \cdot C}}</math> '', kus ω on ringsagedus ja C on kondensaatori mahtuvus''.
 
 
Sellest tulenevalt kõrgpääsfiltri osa Wieni sillast moodustab jadamisi olev RC-ahel, mis käitub suurt takistust omava elemendina madalsageduslikule võnkumisele. Vastupidiselt, rööbiti paiknev kondensaator on kõrgetele sagedustele äärmiselt väikese takistusega element, seega see lühistab kõik kõrgemad sagedused lastes sellega rööbiti olevasse väljundi ainult madalsageduslikud signaalid. Kahe sellise lülituse tulemusel leidub üks kindel sagedus, mida nimetatakse resonantssageduseks, ning millel võnkudes on signaal võimenduselemendi sisendis maksimaalne.<ref>http://www.electronics-tutorials.ws/oscillator/wien_bridge.html</ref>
 
Soovitud resonantssageduse saamiseks on tarvilik, et ajakonstandid ''τ<sub>1</sub>'' = ''C<sub>1</sub>R<sub>1</sub>'' ja ''τ<sub>2</sub>'' = ''C<sub>2</sub>R<sub>2</sub>'' oleksid võrdsed, kuid takistuste ja mahtuvuste väärtused võivad olla erinevad. Sellisel juhul avaldub resonats-sagedusresonatssagedus:
 
 
57. rida:
ja hüvetegur:
 
<math>Q=\frac{1}{{2+\frac{1}{a}}}</math> '', kus a on võrdetegur sildlülituse takistite väärtuste vahel''
 
Harilikult võetakse siiski takistuste ja kondensaatorite väärtused võrdseks, mispärast võrrandid lihtsustuvad:
66. rida:
 
 
Et tagasisidestuslülitus liialt koormatud võimendi poolt ei saaks on tarvilik, et võimenduselement oleks võimalikult suure sisendtakistuse ja võimalikult väikese väljundtakistsuega. Samuti, et RC-ahel on väga selektiivne, on tarvilik, et võimendi ülekandetunnusjoon oleks võimalikult lineaarne vähendamaks mittelineaarmoonutusi. Nendele nõudmistele vastab kõige paremini operatsioonivõimendi. Kuna Wieni sild resonantssagedusel faasi ei pööra, siis selleks et tagasiside kujuneks positiivseks on tarvilik sildlülitus paigutada operatsioonivõimendi mitte-inventeerivassemitteinventeerivasse sisendisse. Amplituuditingimuse täitmiseks on vajalik, et operatsioonivõimendi võimendaks vastavalt nii palju kui sildlülitus vähendas amplituudi, ehk korvaks kaod. Eelnevast on teada, et Wieni silla puhul, kui takistite ja kondensaatorite väärtused on valitud võrdsed, on ülekandetegur võnkesagedusel ''K<sub>TS</sub>''=''Q''=1/3, seega operatsionivõimendioperatsioonivõimendi peab sisendsignaali võimendama 3 korda. Selleks antakse vastusideahelaga invertersisendisse selline pinge, et operatsioonivõimendi pingevõimendus on kolm. See on teostatavs seades pingejaguri takistite väärtuseks ''R<sub>VS1</sub>''=2''R<sub>VS2</sub>''. Kuna ideaalseid võimendeid ei eksisteeri ja operatsioonivõimendi parameetrid muutuvad paratamatult (näit. temperatuuri mõju) lisaks veel toitepinge kõikumised, siis ei püsi võimendutegur ise-enesestiseenesest paigal ja seega on tarvilik mingisugust lülitust, mis sätiks võimendust automaatselt.
[[Pilt:pilt3.png|pisi|paremal|Negatiivse temperatuuriteguriga takisti automaat-stabiliseerimislülinaautomaatstabiliseerimislülina.]]
 
 
73. rida:
 
 
[[Pilt:pilt2.png|pisi|paremal|Stabilitronidega rööbiti olev takisti automaat-stabiliseerimislülinaautomaatstabiliseerimislülina.]]
1. Negatiivse temperatuuriteguriga termotakisti vastuside ahelas. Termotakisti reguleerib pingejagurilt inventeersisendisse antavat pinget automaatselt, sest väljundpinge muutus muudab termotakisti takistust nõnda, et seda läbiv vool vastab (negatiivselt ehk vastupidiselt) väljundi muutusele ja vastavalt kas suurendab või vähendab pingejagurilt sisendisse antavat vastusidet mõjudes nõnda tasakaalu taastavalt.
 
93. rida:
 
 
3. Väljatransistor ühendatuna vastuside ahelasse kui väljundpingest sõltuva takistina. Sellisel lülitusel on tarvilik, et väljatransistori neelu-lätelätte vaheline pinge oleks väga väike (<1V1 V), tagamaks tüürpinge ja väljundvoolu lineaarset sõltuvust. Väljatransistori kanali laius ehk takistus sätitakse sõltuvusse väljundpingest kasutades tugipinget ja diood-detektoritdiooddetektorit, mis alaldab väljundsignaali ja leiab selle alalisvoolu komponendi. Tugipinget ja alalispinget võrreldakse omavahel automaatselt ning erinevuse kutsub esile väljatranistori paisu-pingejagurispaisupingejaguris pingemuutuse, mistõttu korrigeerib väljatransistor kanali laiust vastavalt ja sellega suurendab või vähendab vastusideahelas oleva pingejaguri väljundpinget operatsioonivõimendi inventeersisendis.<ref name="abo" />
 
==Vaata ka==