Generator RC z mostkiem Wiena - problem ze stabilizacją ampl

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?



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)

Błędna jest wartość C3 - zdecydowanie za mała dla niskich częstotliwości.

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

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...

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