Frequenz der vom Wien-Brücken-Oszillator erzeugten Rechteckwelle

Ich habe die Wien-Brücken-Oszillatorschaltung für die 20-Hz-Rechteckwellenerzeugung entworfen. Es gibt eine 20-Hz-Sinuskurve als Ausgang, wenn ich die Verstärkung des nicht invertierenden Verstärkers auf 3 V/V halte. Aber wenn die Verstärkung des nicht-invertierenden Verstärkers sehr groß ist, gibt die Schaltung statt 20 Hz eine 7,5-Hz-Rechteckwelle als Ausgang aus. Warum beträgt die Frequenz 7,5 Hz? Wie kann ich es 20 machen? Gibt es eine allgemeine Lösung für dieses Problem?Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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Der Frequenzgang der Wienbrücke:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Reduzieren Sie die Verstärkung auf 3 und fügen Sie einen Komparator hinzu.

Antworten (3)

Ich glaube nicht, dass die Schaltung als Relaxationsoszillator angesehen werden kann. Für einen Entspannungsmodus schaltet die aktive Vorrichtung abrupt zwischen Laden und Entladen eines Kondensators um.

Es handelt sich immer noch um eine Wien-Schaltung, die jedoch im nichtlinearen Teil der Übertragungskennlinie des Operationsverstärkers betrieben wird.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass die Reduzierung der Wiederholrate (der Begriff "Frequenz" sollte Sinuswellenformen vorbehalten sein) durch die sehr schlechte Anstiegsgeschwindigkeit (Großsignalverhalten) des Verstärkers (µA 741) verursacht wird. Es ist allgemein bekannt, dass Slewing-Effekte bestimmte Phasenverzögerungen verursachen. Darüber hinaus können Sättigungsverzögerungen (Overdrive) innerhalb des Verstärkers vorhanden sein (abhängig vom 741-Modell, das für die Simulation verwendet wird).

Wenn Sie die Anstiegszeit der Rechteckwelle analysieren (erhöhte Zeitauflösung), werden Sie sehen, dass die Steigung ca. 0,5 V/µs.

Hinzugefügt : Wenn die Verstärkung des Operationsverstärkers größer als "3" ist (und ohne andere Methode zur Amplitudensteuerung), beobachten wir eine gewisse Begrenzung der "quasi-sinusförmigen" Wellenform.

Und der Clipping-Effekt nimmt zu, wenn die Verstärkung weiter ansteigt – bis die Wellenform wie eine Rechteckwelle aussieht. Dies ist ein kontinuierlicher Effekt - aber die Schaltung wird ihr Arbeitsprinzip nicht abrupt von einem "quasi-linearen" Wien-Oszillator (kein Oszillator ist wirklich linear!) zu einem Relaxationstyp ändern.

Wenn die Verstärkung mehr als 3 beträgt, schaltet die Schaltung aufgrund der positiven Rückkopplung durch C2 plötzlich zwischen den Zuständen um. Ohne C1 würde es immer noch schwingen. Es ist kein limitierender Sinusoszillator.
Nein, Sir – das ist falsch. Sowohl Messungen als auch Simulationen zeigen, dass wir eine sinusähnliche Wellenform mit Begrenzungseffekten (Clipping) erhalten. Übrigens: Jeder funktionierende WIEN-Oszillator hat eine Kleinsignalverstärkung, die (etwas) größer als 3 ist. Denken Sie daran, dass in Relaxationsschaltungen - die einen solchen Schalteffekt aufweisen - die Mitkopplungsschleife nur aus Widerständen (ohne Verzögerung) besteht.

Es ist kein Wien-Brücken-Oszillator mehr, wenn Sie die Verstärkung erhöhen - es ist ein Entspannungsoszillator.

Die Frequenz wird weiterhin von R3, R4, C1 und C2 bestimmt, aber anders als bei der Wienbrücke.

Um eine Rechteckwelle mit einem Wien-Brücken-Oszillator zu erzeugen, wird normalerweise die Sinuswelle vom Oszillator in eine Quadrierschaltung wie einen Komparator eingespeist.

Gibt es eine Formel für die Frequenz?
Ich denke, es ist immer noch eine WIEN-Schaltung, die unter starken Overdrive-Bedingungen betrieben wird. Das heißt: Kein „Erholungstyp“. Das typische Verhalten von Entspannungskreisläufen ist nicht zu beobachten,

Denn wenn Sie eine Verstärkung von mehr als 3 V/V haben, erhalten Sie schnellere Übergänge.

Bei schnellerem Übergang erhalten Sie eher eine Rechteckwelle als eine Sinuswelle.

Bei einer Rechteckwelle laden oder entladen sich die Kondensatoren im Relaxationsoszillator bei maximaler (gesättigter) Spannung, sobald der Übergang auftritt, anstatt allmählich eine Spannungsdifferenz (Sinuswelle) aufzubauen, um die Kappen zu laden oder zu entladen.

Schnellere Lade- oder Entladezyklen bedeuten eine höhere Schwingungsfrequenz.

Aber ich bekomme eine Rechteckwelle mit niedrigerer Frequenz, 7,5 Hz. Die Wien-Brücke ist für 20 Hz Sinuskurve ausgelegt, wenn die nicht invertierende Verstärkerverstärkung 3 V/V beträgt.
Frequenz der vom Wien-Brücken-Oszillator erzeugten Rechteckwelle
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