Wien-Brücken-Oszillator in Multisim

Ich versuche, in Multisim einen Wien-Brücken-Oszillator mit einer Frequenz von 500 kHz zu bauen. Ich habe alle notwendigen Berechnungen durchgeführt, um Werte für R und C auszuwählen. Wenn ich die Schaltung in Multisim baue, wird angezeigt, dass ich eine Frequenz von 25 kHz habe und das Oszilloskop zeigt keine Schwingungen, nur eine konstante Spannung von 5 V. Irgendwelche Ideen, wie man dieses Problem beheben kann?Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Simulation von Oszillatoren ist schwierig. Der Simulator ist vollkommen glücklich, einen metastabilen Zustand aufrechtzuerhalten, der im wirklichen Leben niemals bestehen bleiben würde. Sie müssen einen Weg finden, der Schaltung einen "Kick" zu geben, um sie zum Laufen zu bringen. Manchmal ist dies so einfach wie das Starten mit einer Spannung ungleich Null an einem der Kondensatoren.
Bei 500 kHz hat dieser Operationsverstärker nicht viel Verstärkung und seine Ausgangsimpedanz nähert sich 100 Ohm. Das Laden mit R5 = 50 Ohm ist zu viel verlangt. Ihr Wien RC-Produkt sollte R erhöhen und C verringern. Trotzdem wird die Frequenz wahrscheinlich ausgeschaltet sein, da der Operationsverstärker bei dieser hohen Frequenz eine Phasenverschiebung einführt.
Sie haben die Widerstände R3 und R4 falsch angeschlossen, der invertierende Eingang sollte zwischen R3 und R4 angeschlossen werden, außerdem muss R4 etwas höher als 20 k sein, um die Oszillation zu starten. Außerdem sind die 68 Ohm Widerstände viel zu klein.
Hast du dafür gesorgt, dass die Anfangsbedingungen auf 0 gesetzt sind? Ich habe diesen Fehler in MultiSim fast jedes Mal gemacht.

Antworten (5)

Ihre Rückkopplungsschaltung ist falsch. Sie haben den nicht invertierenden Eingang geerdet.

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Abbildung 1. Bewegen Sie den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers zum Mittelpunkt des Rückkopplungsteilers.

Okay, das habe ich getan und weiß, dass ich Null für die Spitze-zu-Spitze-Spannung habe und die Frequenz leer ist. Irgendwelche anderen Ideen?
Versuchen Sie, die linke Seite von R3 mit Ihrer 0,833-V-Referenz zu verbinden. statt GND. Der Ausgang muss unterhalb der Referenz schwingen.
Die Wein Bridge-Stabilität ist für Sinus schlecht, da sie darauf angewiesen ist, dass die Verstärkungsanpassung für jedes R-Verhältnis perfekt ist. Mit SIM OK, aber mit echten Toleranzen, ist es auf Soft Limiting angewiesen, um die Verstärkung auszugleichen, daher sind praktische Modifikationen für Soft Limiting erforderlich
Während wir warten, steht Ihr 5-V-Erdungssymbol auf dem Kopf – das Symbol stellt vergrabene Erdungsplatten dar, sodass sie im Himmel zu sein scheinen. Die Konvention besteht darin, die Batterie so umzukehren, dass + oben und negativ (und GND) unten ist. Es macht das Lesen viel einfacher.
Ich habe die linke Seite von R3 auf die Spannungsreferenz verschoben. Die Frequenz liegt jetzt bei 50 kHz, um den Faktor 10 versetzt, wie ich es berechnet habe. Die Spitze-zu-Spitze-Spannung ist jetzt sehr klein, in der Größenordnung von Picovolt
Woher haben Sie Ihre 68-Ω-Widerstandswerte? Sie sehen sehr, sehr klein aus. Wie Dave Tweed sagte, müssen Sie möglicherweise ein wenig Spannung anlegen, damit es startet. Außerdem muss die Rückkopplungsverstärkung >= 3 sein. Sie sind gerade auf drei. Versuchen Sie, R4 etwas größer zu machen.
Ich bin mit MultiSim nicht vertraut, aber hier ist ein Artikel zum Starten eines Oszillators auf der Website von CircuitLab: circuitlab.com/circuit/w83xna/relaxation-osc-fixed-02 .

Ich habe einige Tests gemacht. Leider habe ich kein Multisim, nur einige Freeware und keine Modelle für Hochleistungs-Opamps. Aber ich habe ein generisches Opamp-Modell eingefügt und eine Open-Loop-Analyse Ihrer Schaltung durchgeführt (= die vorgeschlagenen Verdrahtungskorrekturen durchgeführt).

Das Phasenverschiebungsnetzwerk wurde vom Nicht-Inv-Eingang des Operationsverstärkers getrennt. Eine Signalquelle wurde eingefügt und die Verstärkung und Phasenverschiebung des Signalpfads simuliert. Ich fand, dass die Gesamtverstärkung etwas zu klein war und die Phasenverschiebung bei 400% zu hoher Frequenz in Ordnung war. Ich habe die Verstärkung erhöht und die 68-Ohm-Widerstände viel größer gemacht, 560 Ohm. Danach beträgt die Phasenverschiebung ungefähr 0 Grad bei der gewünschten Frequenz und die Gesamtverstärkung bei dieser Frequenz beträgt etwas mehr als 0 dB. Es gibt immer noch Fehler, aber zumindest ist es ein paar kHz genau.

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Jetzt ist es möglich, dass es schwingt. Wie in einem Kommet vorgeschlagen, kann in den Kondensatoren zumindest dann eine gewisse Anfangsspannung benötigt werden, wenn nur ideale Komponenten vorhanden sind. In diesem Fall begann die Oszillation wie gewünscht.

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Der 50-Ohm-Widerstand zieht den Ausgang meines Operationsverstärkers in die Knie, aber es gibt immer noch genug Verstärkung für die Oszillation. Die Amplitude wächst bis zur Clip-Grenze, da es keine Verstärkungsregelschaltung gibt. Wenn man eine reine Sinuswelle haben möchte, muss es eine Schaltung geben, die die Verstärkung schnell reduziert, wenn die richtige Ausgangsamplitude erreicht ist. Wenn man eine Schleifenverstärkung von 0 dB genau bei der Frequenz hat, bei der die Phasenverschiebung der Schleife genau 0 Grad beträgt, bleibt die Amplitude stabil und die Wellenform = Sinus. Aber das ist eine andere Geschichte.

Grosses Dankeschön! Ich werde das testen und sehen was passiert. Ich muss auch dafür sorgen, dass die 2. Harmonische des Ausgangs -25 db unter 500 kHz liegt. Wäre es möglich, dies mit einem Tiefpassfilter zu tun?
@ user166481 Wenn dies eine Hausaufgabe ist und Sie gebeten werden, den Oszillator so einzustellen, dass er eine geringe Verzerrung aufweist, empfehle ich keine Filterung, obwohl dies das Signal sauber machen würde. Sie müssen herausfinden, wie steil die Filterung in Ihrem Fall benötigt wird. Nur über die 2. Harmonische zu sprechen, kann auch ein Scherz sein, weil gerade diese Harmonische sehr schwach sein kann. Erwägen Sie, einen üblichen Gain-Reduktionstrick hinzuzufügen, der sich auf einen bestimmten Ausgangspegel auswirkt. Sie brauchen viel einfachere Filter, sogar gar keinen Filter.

Das Tutorial von Texas Instruments über Sinusoszillatoren enthält das richtige Schema, das Sie fälschlicherweise kopiert haben. Hier ist es:

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@Dave Tweed: Erwarten Sie eine Vollwellen-Sinuskurve am Ausgang dieses Operationsverstärkers mit Einzelversorgung? (Unabhängig von einem möglichen Clipping-Effekt).
@LvW: Nein, wahrscheinlich nicht, da der nicht invertierende Eingang auf 0,833 V vorgespannt ist.
Ja - in diesem Fall funktioniert es. Habe ich diese Voreingenommenheit übersehen oder hast du die Zeichnung korrigiert?
@LvW: Nein, ich habe die Zeichnung nicht berührt. Ich habe gerade korrigiert, wie es in der Antwort formatiert wurde.
Vielleicht werden meine Augen immer älter...

Wenn Sie den Operationsverstärker richtig vorgespannt haben und die Werte der 68-Ohm-Kurzschlusswiderstände und 50-Ohm-Kurzschluss am Ausgang erhöhen (verwenden Sie 10 kOhm), verwendet ein Oszillator verstärktes Rauschen, um loszulegen. Aber ein Simulationsprogramm hat kein Rauschen, sodass der Oszillator nicht startet, bis Sie ihn mit einem Impuls am Opamp-Eingang [b]treten[/b].

Ein solcher "Kick" wird automatisch durch das Einschalten der Versorgungsspannungen bei t = 0 erzeugt.

Der 1-kHz-Sinusoszillator funktioniert, könnte mit 9-V-Batterie und 78L05 tragbar seinGeben Sie hier die Bildbeschreibung ein

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