Wien Robinson Bridge

Brokrets

En Wien-Robinson-bro er en brokrets oppkalt etter Max Wien , der den ene grenen av broen er dannet av en båndpass og den andre av en 2: 1 spenningsdeler .

filter

Utgangsspenning og fase som en funksjon av frekvens

Vekselspenningen leveres alltid asymmetrisk, differansespenningen Out1 - Out2 , som blir evaluert med frekvensen

viser et minimum. Forutsetningen er at de to motstandene og kondensatorene i båndpasset er valgt for å være de samme. Det er også et fasesprang fra -90 ° til + 90 ° der. Wien-Robinson Bridge kan derfor brukes som et blokkeringsfilter sammen med en operasjonsforsterker . Siden det ikke kreves spoler , kan filteret også brukes til lydfrekvenser og under.

To frekvensresponser er vist på bildet: den klare kurven (svart) for ideelle komponenter, den flate kurven (blå) når R1 økes med 5%: Selv små toleranser forverrer kvalitetsfaktoren til brokretsen i nærheten av fasehoppet og skifter frekvensen.

oscillator

Wien Robinson oscillator
Forenklet krets

I Wien-Robinson-oscillatoren , også kjent som en RC-generator og laboratorieinnretning (tonegenerator), brukes en Wien-Robinson-bro i en oscillatorkrets som et frekvensbestemmende element. Hvis faseskiftet til Wien-Robinson-begrepet forsvinner med en viss frekvens og forsterkeren også genererer 0 ° faseforskyvning, oppfylles et stabilitetskriterium fra Barkhausen . Fordi utgangssignalet i hver gren av Wien-Robinson Bridge bare er 1/3 av inngangsspenningen, må forsterkeren også ha en forsterkningsfaktor på 3.

Hvis du ser nøye, er broens diagonale spenning null og operasjonsforsterkeren leverer ikke noe signal. Derfor må broen bli avskåret litt.

Amplitudekontroll

Den forenklede kretsen vist her har følgende ulempe:

  • Hvis forsterkningen til operasjonsforsterkeren er mindre enn 3, begynner ingen svingninger.
  • Imidlertid, hvis forsterkningen er større enn tre, fortsetter amplituden til den genererte vekselspenningen å stige til driftsforsterkeren begrenser. Da er ikke utgangsspenningen lenger sinusformet.

Derfor kreves det alltid en amplitudekontroll for å redusere forsterkningen så snart amplituden overstiger en viss verdi. Først da kan det genereres et omtrent sinusformet signal med lav forvrengningsfaktor.

I det enkleste tilfellet kan amplitudekontrollen foregå ved hjelp av to antiparallelle tilkoblede dioder D1 og D2. Motstanden R3 er litt større enn R4, slik at forsterkningen er litt større enn 3 og kretsen begynner å svinge. Når spenningen på R3 når omtrent 0,5V, begynner strømmen å strømme gjennom diodene; Dette betyr at R3 tilsynelatende er mindre eller forsterkningen reduseres til svingningen bare opprettholdes. Med de spesifiserte komponentene er frekvensen 159 Hertz.

Fordi diodenes differensialmotstand avhenger av spenningen, er forvrengningsfaktoren fortsatt betydelig. Bedre aktuatorer som fotoresistor og transistor for kryssfelteffekt (hver kontrollert med utgangsspenningen) kan - med økt kretskompleksitet - oppnå ekstremt lave verdier på opptil 0,0003%. En smart metode er å bruke PTC-termistoroppførselen til wolframfilamentet til en glødelampe, noe som øker forsterkerens negative tilbakemelding når den varmes opp (årsak: økende amplitudeverdier).

For en sinusbølgenerator med justerbar frekvens brukes et stereopotentiometer for R1 og R2 eller en dobbel variabel kondensator for liten kapasitet .

Historisk

Brokretsen ble oppfunnet av Max Wien i 1891 . Oscillatorkretsen er resultatet av William Hewletts doktoravhandling ved Stanford University i 1939. Han brukte to elektronrør som forsterker . PTC-termistoroppførselen til en glødelampe, som fungerte som katodemotstand for en av de to trioder, ble allerede brukt for å få kontroll i patentet fra 11. juli 1939. Slike PTC-termistorer ble også brukt senere i mange laboratorietonegeneratorer for amplitudekontroll til 1980-tallet.

For å markedsføre oppfinnelsen, grunnla William Hewlett selskapet Hewlett-Packard sammen med David Packard , hvis første produkt var Wien- brooscillatoren HP200A . Læreren hans Frederick Terman sa senere at denne oscillatoren var grunnlaget for Hewlett-Packard-selskapet.

litteratur

  • Ulrich Tietze, Christoph Schenk, Eberhard Gamm: Semiconductor circuit technology . 10. utgave. Springer-Verlag, Berlin 1993, ISBN 3-540-42849-6 . (i den 13. utgaven er bare filterfunksjonen inkludert)
  • W. Benz, P. Heinks, L. Starke: Book of tables elektronikk kommunikasjonsteknikk . 2. utgave. Frankfurter Fachverlag, Frankfurt 1980, ISBN 3-87234-065-4 .

Individuelle bevis

  1. ^ Max Wien: Måling av induksjonskonstantene med "optisk telefon" . I: Annals of Physics . teip 280 , nr. 12 , 1891, s. 689-712 , doi : 10.1002 / andp.18912801208 .
  2. ↑ Patent US2268872 : Generator for variabel frekvensoscillasjon. Anvendt 11. juli 1939 , publisert 6. januar 1942 , oppfinner: William R. Hewlett. ‌
  3. ↑ James E. Brittain: Electrical Engineering Hall of Fame: William R. Helwett i Proceedings of the IEEE Vol 99, nr. 1. januar 2011, side 234