162974. lajstromszámú szabadalom • Aktív négypólusokból felépített RC-oszcillátor
3 162974 4 Az RC-oszcillátorok két alaptípusa a Wien-hidas, illetve a kettős-T hangolású generátor. A fenti alaptípusú oszcillátorok szokásos minimális frekvenciaátfogása sávváltás nélkül egy dekád, pl. 2 kHz — 20 kHz. Ehhez ugyanilyen mértékű átfogással rendelkező kettős hangolóelem szükséges. A gyakorlatban a rendelkezésre álló mindkét fajta kettős hangolóelemmel szerkesztett áramkörök működnek különböző hiányosságokkal. A kettős ellenálláshangolású, kettős potméteres oszcillátoroknál a speciális hangolóelem gyártása maga is hátrány. Kettős huzalpotméter nagypontosságú együttfutását igen nehéz biztosítani, a huzalpotméter igazán folyamatos hangolása elvileg lehetetlen, a folyamatosságot fokozva, a tekercselt ellenálláshuzal jelentős induktivitása magasabb frekvenciás oszcillátornál igen hátrányosan jelentkezik. További bizonytalan működést okozhat a kettős huzalpotméter csúszó, mozgó kontaktusainak esetleges meghibásodása, amit — tekintve a nagy igénybevételt — igen nehéz elkerülni. A kezeléskor fellépő instabilitási jelenségtől és a gyártási nehézségtől eltekintve az így megvalósított oszcillátorok torzítása, amit az (1) összefüggés második két tagjában írtunk le, a fix hangolású RC-oszcillátorékét megközelíti, meglehetősen jó minőségű, alakhű szinuszhullám keletkezik. (Lásd például: Philips Test and Measuring Notes, 1972/3 5. oldal, PM 5105 típus THD=0,3% PM 5125 THD=10 Hz-100 kHz: 0,3%. A kettős potméter helyettesítésére irányuló törekvések eredményeként és a teljesen folyamatos hangolású szélessávú oszcillátor igénye miatt elterjedten használják az RC generátorok hangolására az egyébként jól bevált, nagy sorozatban gyártott, egyéb célokra is kifejlesztett kettős hangoló kondenzátorokat. A fenti két szempontból igen kívánatos alkalmazás néhány jelentős hátrányt mutat. A használható kettős kondenzátorok maximális kapacitása, mint ismeretes, 500—600 pF. Ez az alsó határfrekvencián 20 Hz-en járulékos hangolóelemként 15—16 MOhm ellenállást kíván, s az a legalsó frekvenciasávban az oszcillátor minőségi mutatóit igen nehezen teljesíthetővé teszi a következők miatt. A MOhm hangoló ellenállás pl.: az ismert Wien-hidas elrendezésben az erősítő bemenetén a párhuzamos kondenzátor mellett igen zavarérzékeny pont, s valóban, a jelenlevő 50 Hz és felharmonikusai rendre megjelennek emiatt a keltett jel mellett. Ezért az ilyen típusú oszcillátor egyéb jótulajdonságai mellett az előzőekben tárgyaltakhoz képest meglehetősen nagy torzítással rendelkezik. Az ilyen hangolás esetén az erősítőre igen szigorú követelmény még a frekvenciastabilitási feltétel és az amplitúdó stabilitás biztosítása miatt, hogy a hangolóelemeket az erősítő ne terhelje, tehát bemenő ellenállása jóval nagyobb legyen, mint a hangoló elem impedanciája. így az oszcillátor erősítőjének bemenő impedanciájára 1000 MOhm nagyságrendű érték adódik. Ilyen rendszerű megvalósított áramkörökre és paramétereikre példák találhatók: John M. Carroll: Microelectronic Circuits and Applications mű 314-315. oldalain: továbbá a Fővárosi Finommechanikai Vállalat HGH 43-62 típusú teljesítmény hanggenerátor adatlapján, ahol a torzítás 1% körüli. 5 A találmány szerinti megoldás a fent felsorolt feladatokat oldja meg, ugy hogy sávonként a frekvencia valóban folyamatosan hangolható pl.: 2 x 500 pF forgókondenzátorral, de a korábban ezzel járó hibákat kiküszöböli. 10 Az oszcillátor torzítása kicsi, eléri a fix elemekkel hangolt oszcillátoroknál megvalósítható értéket. A feladatot az ismert Wien-hidas elrendezés módosításával oldottuk meg. A részletes leírásához először áttekintjük röviden az ismert 15 elrendezés működését. 1. ábra szerint az A0 erősítésű E műveleti erősítővel felépített szinus oszcillátor pozitív visszacsatoló ágban a szelektív, a negatív visszacsatoló ágban a szintfüggő visszacsatoló hálózat van. 20 A stabil szinuszos rezgés - két feltétel biztosítása esetén áll elő: Egyrészt a) a szelektív áramkör önfrekvenciája, másrészt b) a rezgés amplitúdója az 1. ábra szerinti erősítő kimeneti pontján feleljen meg a következő 25 összefüggéseknek. Ui (u22 -u 21 ) = — 30 Uai = U, 35 40 45 50 55 60 t(1+ ^ )R ' (1+ ^) +1 ^22 = H Rv RHCUO + Rv (2) (3) (4) A (4) és (5) egyenletek csak akkor igazak, ha: 1. A0 az ÍÚ környezetében állandó. 2. A0 az U t függvényében és tartományában állandó. 1 3. Zbe > Rv xR H és Z be > x R 2 Ha feltételezzük a (2) egyenletben, hogy 1 p = jw0 és C^! = C2 R 2 = U21 _ 1 U, akkor amiből Rí R2 Uai (l+j) 1 K) Wn (5) + 1 2Ri R2 (6) + 1 65 A (6) egyenletből látható, a Wien híd közepén a betáplált feszültséggel fázisban lévő és Rí = R2 esetén _ü^ értékű feszültség jelenik meg. 3
