178124. lajstromszámú szabadalom • Nagy frekvenciastabilitású wien-robinson hidas oszcillátor
3 1278124 4 Találmányunkkal egy olyan Wien-Robinson hidat és diódás amplitúdó határolót tartalmazó oszcillátort valósítunk meg, amelynek 50 °C hőmérséklet tartományon belül a beállítástól függően vagy a kimeneti jelszintje állandó 10'5 pontossággal, vagy 5 a rezgési frekvenciája 10~4 pontossággal. Találmányunk megvalósításához az a felismerés vezetett, hogy nagy frekvencia- és amplitúdóstabilitást úgy érhetünk el, hogy a rezgési frekvencián 90° fázistolással rendelkező műveleti erősítőt alkal- 10 mázunk és az amplitúdófüggő visszacsatolást egy olyan feszültségosztóval valósítjuk meg, amelyben határoló diódák, termisztor, valamint ezekkel soros és párhuzamos ellenállások vannak. A termisztor a határoló diódák karakterisztikájának hőmérséklet- 15 függését kompenzálja, míg a soros, illetve párhuzamos ellenállásokkal ezt a hőmérséklet kompenzálást úgy állítjuk be, hogy a hőmérsékletváltozás hatására nagyon kismértékű és olyan irányú szintváltozás legyen, amely a frekvenciát stabilizálni 20 igyekszik, továbbá a frekvenciafüggő szelektív pozitív visszacsatoló ág RC értékét és az amplitúdófüggő ág osztásviszonyát úgy választjuk meg, hogy számításba vesszük a műveleti erősítő alaperősítését, és első törésponti frekvenciáját és a 25 hőmérsékletfüggést úgy állítjuk be, hogy az adott hőmérséklettartományban az oszcillációs frekvencia ne változzon. A találmány szerinti megoldás előnye, hogy legalább 90 °C szélességű hőmérséklettartományban 30 biztosítja a rezgés fennmaradását, és az ismert megoldásokhoz képest hozzávetőlegesen 10x-es frekvenciastabilitással rendelkezik a hőmérséklet ± 25 °C nagyságú megváltozásakor. Pontossága megközelíti vagy eléri a termosztát nélkül használt 35 kvarcoszcillátorok pontosságát. Szükségtelenné válik az, hogy hangfrekvenciás jelek előállítására olyan áramköri elrendezést alkalmazzanak, amely nagyfrekvenciás kvarcoszcillátort, négyszögesítő fokozatot és frekvenciaosztót tartalmaz, mert erre a 40 találmány szerinti oszcillátor közvetlenül alkalmas. Találmányunk tehát nagy frekvenciastabilitású Wien-Robinson hidas oszcillátor, amely a kimenetéről frekvenciafüggően pozitívan és amplitúdófüggően negatívan visszacsatolt, 90°-os fázistolással 45 rendelkező műveleti erősítőt tartalmaz. A frekvenciafüggő visszacsatolóág egy soros RC-tagból és egy párhuzamos RC-tagból álló Wien-feszültségosztó, amelynek az osztáspontja csatlakozik a műveleti erősítő nem-invertáló bemenetére. Az amplitúdó- 50 függő visszacsatolóág ugyancsak egy feszültségosztó, amelynek osztáspontjához kapcsolódik a műveleti erősítő invertáló bemenete. A találmány lényege abban van, hogy a frekvenciafüggő visszacsatolóágban levő RC-tagok ellenállásának és kapacitásának 55 szorzata: RC = 1 2tt (fr -3,9 • fr2 A0 * f0 60 fr = az előállítandó frekvencia, határait azok a frekvenciák adják, amelyek között a műveleti erősítő nyílthurkú fázistolása 90° A0 = a műveleti erősítő alaperősítése f0 = a műveleti erősítő karakterisztikájának (Bode diagram) első töréspontja. Az amplitúdófüggő visszacsatolóágat képező feszültségosztó egyik tagja egy ellenállásai sorosan kapcsolódó, két egymáshoz képest ellentétes polaritással párhuzamosan kapcsolt diódákból és a diódákkal párhuzamos ellenállásból felépített áramkörből áll. A feszültségosztó másik tagja egy ellenállással sorosan kapcsolódó termisztorból és előnyösen a termisztorral sorosan kapcsolt ellenállásból és ezen soros taggal párhuzamosan kapcsolt ellenállásból felépített áramkörből áll, amelyben ellenállások nagyságát a termisztor ellenállás-hőmérséklet karakterisztikájához igazodva úgy kell megválasztani, hogy a határoló diódákon eső feszültség-hőmérséklet függése ellenére a műveleti erősítő kimenetéről a fázist fordító bemenetére visszajutó szinuszos feszültség amplitúdója a hőmérséklet változás hatására ne változzék, és ekkor az amplitúdó állandó marad, vagy kismértékben változzék, és ez a szintváltozás olyan irányú és nagyságú legyen, hogy a hatására létrejövő frekvencia-változás kompenzálja az oszcillátor frekvencia meghatározó elemeinek hőmérséklet-függéséből származó frekvencia változást. Az amplitúdófüggő visszacsatolóágat alkotó feszültségosztó osztásviszonya: b<-3 64 l+-( fr 9 A„-)3 A találmány szerinti oszcillátor előnyös kialakításánál az oszcillátor kimenete elválasztó fokozaton, előnyösen erősítőn keresztül csatlakozik a terheléshez. Találmányunkat részletesen kiviteli példa és rajz alapján magyarázzuk. A rajzon a találmány szerinti oszcillátor kapcsolási vázlata látható. Amint az ábrán látható, az E műveleti erősítő Ük; kimenetéről mindkét bemenetére vissza van csatolva, éspedig R ellenállásokból és C kondenzátorokból álló frekvenciafüggő szelektív hálózattal pozitívan, diódákat, ellenállásokat és termisztorokat tartalmazó áramkörrel pedig negatívan. A szelektív visszacsatoló-hálózat egy soros RC-tagból és egy párhuzamos RC-tagból áll, amelyek Wien-feszültségosztót alkotnak. A feszültségosztó osztáspontjához kapcsolódik az E műveleti erősítő nem-invertáló bemenete. Az oszcillátor szelektív visszacsatoló ágának méretezése az alábbi képlet alapján lehetséges: RC = — 1 2rr (fr 3,9 • fT‘ ) ahol R = az ellenállás értéke C = a kondenzátor értéke ahol R a visszacsatoló hálózatban levő ellenállás 65 • értéke 2
