Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Generator RC z mostkiem Wiena - problem ze stabilizacją ampl

Air99 13 Dec 2006 00:34 3153 4
  • #1
    Air99
    Level 11  
    Witam,
    mam do zaprojektowania w PSpice układ generatora RC z mostkiem Wiena z pętlą ARW na tranzystorze unipolarnym JFET.

    Założeniami projektowymi są:
    - amplituda napięcia wyjściowego - Uwy = 5 [V]
    - regulowana częstotliwość generowanego przebiegu sinusoidalnego w zakresie od 20 [Hz] do 20 [kHz]
    - rezystancja obciążenia Rl ok. 10 [kOhm]
    - współczynnik zawartości harmonicznych w generowanym przebiegu h < 1%
    - zakres pracy temperaturowej układu - T = 0 - 50 [stopni Celsjusza].

    Układ zaprojektowałem i działa w PSpice (poniżej zamieszczam jego schemat z wartościami elementów), ale mam problem z utrzymaniem stałej wartości amplitudy przy zmianie częstotliwości generowanego przebiegu w zakresie jaki podałem w założeniach projektowych układu.

    Zmianę częstotliwości generowanego przebiegu realizuję poprzez zmianę wartości kondensatorów w mostku Wiena w zakresie od 3.3 [uF] - dla f=20 [Hz] do 3.3 [nF] - dla f=20 [kHz].

    Otóż dla częstotliwości f=20 [kHz] generowanego przebiegu otrzymuję amplitudę napięcia wyjściowego równą jak w założeniach projektowych (5 [V]) i z zawartością harmonicznych poniżej 1%, natomiast po zmianie częstotliwości generacji na f=20 [Hz] amplituda wzrasta aż do 8 [V] (harmoniczne - 1.8 %). Gdy dokonam zmiany rezystancji potencjometru (na schemacie jest to R17), czyli zmienię wzmocnienie w ujemnej pętli wzmacniacza, to otrzymam w rezultacie pożądaną wartość amplitudy napięcia. I tu pojawia się zaznaczony problem ze stałością amplitudy przy zmianie częstotliwości. Mogę zmieniać tylko wartości kondensatorów mostka Wiena, czyli zmieniać częstotliwość generowanego przebiegu i nic więcej w układzie, a amplituda przebiegu powinna być podczas tych zmian stała.

    Mam zatem pytanie do szanownej braci elektroników, jak można w tym układzie zapewnić stałość amplitudy generowanego napięcia, przy zmianie częstotliwości, bez konieczności zmiany wzmocnienia w gałęzi aperiodycznej?

    Generator RC z mostkiem Wiena - problem ze stabilizacją ampl

    Za wszelkie uwagi i porady z góry dziękuję. Mam nadzieję, że wystarczająco dobrze i zrozumiale opisałem problem jaki mam z tym układem.

    Pozdrawiam wszystkich serdecznie
    Air99 (Grzechu)
  • #2
    -RoMan-
    Level 42  
    Błędna jest wartość C3 - zdecydowanie za mała dla niskich częstotliwości.
  • #3
    Air99
    Level 11  
    Witam,
    po zmianie wartości C3 w układzie z 5.1 [nF] (wartość wyliczona dla częstotliwości generacji 20 [kHz] na 5.1 [uF] (wartość dla 20 [Hz]) amplituda napięcia wyjściowego ma już wartość zbliżoną do założonej (różnica wynosi około 0,2 [V]. Czyli wychodzi na to, że zmieniając częstotliwość generowanego przebiegu poprzez zmianę pojemności kondensatorów mostka Wiena, muszę również zmieniać pojemność kondensatora C3 (w prostowniku szczytowym w pętli ARW)?

    Pozdrawiam
    Air99
  • Helpful post
    #4
    -RoMan-
    Level 42  
    Dokładnie tak.

    Ale w tym układzie popełniłeś trochę więcej błędów:

    1. Obciążasz detektorem szczytowym (D39 i C3) bezpośrednio wyjście wzmacniacza operacyjnego - powinieneś użyć choć rezystora kilkadziesiąt om szeregowo z diodą.

    2. Układ R4/R5 tworzy dzielnik linearyzujący charakterystykę jFETa. Ale do R5 dodaje się również rezystancja zastępcza rezystorów R13 i R14 (dla prądu zmiennego nalezy je traktować jako połączone równolegle) - powinieneś zmniejszyć rezystor R5 do wartości 100 - R13||R14 - nie mam pod ręka kalkulatora a na palcach o tej porze nie chce mi się liczyć ;)

    3. Chcąc uzyskać dużą stabilność amplitudy musiałbyś użyć detektora szczytowego ze wzmacniaczem błędu. Ale uzyskana stabilność na poziomie 0.2V czyli lepsza niż 0.5 dB to i tak dobrze. Tym bardziej, że w założeniach nie była podana żądana stabilność. Natomiast trudno okreslić stabilność temperaturową - tranzystory jFET mają dość dużą zależność parametrów od temperatury...
  • #5
    Air99
    Level 11  
    Witam ponownie,

    Zmiana pojemności kondensatora C3, a co za tym idzie zmiana stałej czasowej obwodu złożonego z dzielnika napięcia (R13+R14) i z C3, razem ze zamianą pojemności kondensatorów w półmostku Wiena (czyli ze zmianą częstotliwości generowanego przebiegu), daje oczekiwany efekt w postaci stałej wartości amplitudy napięcia generowanego przebiegu w całym założonym zakresie zmian częstotliwości.

    Zatem C3 powinna się zmieniać razem ze zmianą pojemności kondensatorów w półmostku Wiena, tak aby stała czasowa wspomnianego obwodu była zawsze przynajmniej te 10-razy mniejsza od okresu generowanego przebiegu. Wówczas wszystko jest ok i wszystkie założenia projektowe są spełnione.

    A co do dalszych wskazówek, to przetestowałem je i muszę przyznać że zmniejszyła się trochę, w stosunku do przebiegów generowanych przez układ niezmodyfikowany wg. Twoich wskazówek, zawartość harmonicznych w generowanym przebiegu.

    Dzięki za cenne wskazówki.
    Pozdrawiam
    Air99

    Dodano po 4 [godziny] 10 [minuty]:

    Witam ponownie,

    a wie ktoś może jak można uzyskać stałą wartość amplitudy w całym zakresie zmian częstotliwości generowanego przebiegu, bez konieczności równoczesnej zmiany wartości pojemności w półmostku Wiena i wspomnianej pojemności C3? Bo w sumie to stałej czasowej obwodu (R13+R14)C3, stanowiącego część detektora szczytowego, który wchodzi w skład pętli ARW, nie powinno się zmieniać....

    Za wszelkie podpowiedzi, schematy rozwiązań, itp wskazówki z góry bardzo dziękuję.

    Pozdro