178124. lajstromszámú szabadalom • Nagy frekvenciastabilitású wien-robinson hidas oszcillátor
5 178124 6 C a visszacsatoló hálózatban levő kondenzátor kapacitásának értéke, fr az előállítandó frekvencia, Ao a műveleti erősítő alaperősítése és fQ a műveleti erősítő karakterisztikájának (Bode diagram) első töréspontja. Az E műveleti erősítőnél az A<, alaperősítés, illetve az f0 első törésponti frekvencia egyszerűen beállítható. A beállítás módja a felhasznált műveleti erősítő típusától függ és ez katalógus adat. Lényeges viszont az, hogy az Ao alaperősítés olyan f frekvenciánál legyen értelmezve, amely f frekvencia az fQ első törésponti frekvenciánál nagyságrendekkel kisebb. Ugyancsak lényeges, hogy az előállítandó fr frekvencián az E műveleti erősítő nyílthúrkú fázistolása 90° legyen. Az E műveleti erősítő az invertáló bemenetére is vissza van csatolva egy amplitúdófüggő visszacsatoló ággal. A visszacsatolóág az Rt és R2 ellenállás egymással soros kapcsolású ellenállásokból és az R2 ellenállással párhuzamosan kötött, egymáshoz képest ellentétes polaritású Dj és D2 diódákból áll, amelyek egy feszültségosztó egyik tagját képezik. A feszültségosztó osztáspontjához kapcsolódik az E műveleti erősítő invertáló bemenete. A feszültségosztó másik tagja az R5 és R4 ellenállásokból, valamint az R4 ellenállással párhuzamosan kapcsolt T termisztorból és a termisztorral soros R3 ellenállásból áll. A feszültségosztók földpontja közös. Megfelelő méretezés esetén az amplitúdófüggő visszacsatoló-ág hőfokfüggő és amplitúdófüggő feszültségosztóként viselkedik, amely amplitúdófüggő visszacsatoló-ág méretezése az alábbi összefüggés alapján lehetséges. Az osztásviszony a berezgés határhelyzetében: [(R3 + Rt) XR4] + Rs [(R3 + Rx) XR4] + Rs + Ri + Rí ahol Rt a termisztor ellenállása a kompenzálni kívánt hőmérséklettartomány tetszőleges hőmérsékletén, Rí, R2, R3, R4, R5 a visszacsatoló-ágban levő ellenállások értékei, b az amplitúdófüggő visszacsatoló-ág osztásviszonya. Az R3 és R4 ellenállás a T termisztor ellenállásának hőméisékletfüggését linearizálja. Az R4 ellenállás csökkenti az alsó osztótag eredő ellenállását, és hatása leginkább az üzemeltetés legkisebb hőmérsékletén mutatkozik. Az R3 ellenállás növeli az alsó osztótag eredő ellenállását, és hatása leginkább az üzemeltetés legnagyobb hőmérsékletén mutatkozik. Az R5 ellenállással a hőmérséklet-függés meredekségét lehet beállítani. Ha az a cél, hogy az amplitúdóstabilitás nagy legyen, akkor az ellenállások értékét úgy kell beállítani, hogy az amplitúdófüggő-ág feszültségosztása a hőmérsékletváltozás hatására ne változzon, annak ellenére, hogy változik a határoló diódákon eső feszültség Ha az a cél, hogy a frekvenciastabilitás nagy legyen, akkor a fenti beállítást úgy kell módosítani, hogy a hőmérsékletváltozás hatására az amplitúdó olyan irányban és mértékben változzék, hogy a változás eredményeképpen az oszcillátor frekvenciája állandó maradjon, annak ellenére, hogy a frekvencia meghatározó elemek hőmérsékleti tényezője nem nulla. Az oszcillátor kimenő jelének amplitúdója a diódákon eső feszültség figyelembevételével, az Rj /R2 arány megválasztásával állítható be. A találmány szerinti oszcillátor a tápfeszültség ingadozásokra csak kismértékben érzékeny és ha ezt biztosítjuk, hogy a tápfeszültségtartomány az erősítő működése közben mindig elegendően nagy legyen, ahhoz, hogy az erősítő még nem határolja az oszcilláló jel amplitúdóját, úgy az oszcillátor frekvenciája és amplitúdója gyakorlatilag tápfeszültségfüggetlen. Abban az esetben, ha még nagyobb (10-s) frekvenciastabilitásra van szükség, akkor úgy kell eljárnunk, hogy biztosítjuk az oszcillátor összes alkateleme (ellenállások, kondenzátorok, műveleti erősítő) számára az azonos közös hőmérsékletet. Ezt oly módon lehet például megvalósítani, hogy az egész áramkört egy jó hőszigetelő burával vesszük körül és a burán belül egy viszonylag jó hővezető anyaggal kiöntjük a teret, vagy például minden alkatrészt, alkatelemet egy közös alumínium tömbbe építünk be és ezt vesszük körül a hőszigetelő anyagú burkolattal. Mint a bevezetőben már említettük, az oszcillátorok a terhelő impedancia változására is érzékenyek. A terhelő impedancia ingadozásának hatásától ismert módon úgy tudjuk megvédeni az oszcillátort, hogy a terhelés és az oszcillátor közé egy elválasztó fokozatot, például követő erősítőt iktatunk be. Abban az esetben, ha négyszögjelre van szükség, úgy az elválasztó fokozat szerepét a komparátor tölti be. Látható, hogy a találmány szerinti kapcsolás segítségével viszonylag egyszerű eszközökkel, egy olyan RC-oszcillátor valósítható meg, amely oszcillátor 10~4 frekvenciastabilitású vagy 10“2 amplitúdóstabilitású, legalább 50 °C hőmérséklettartományban. Szabadalmi igénypontok: 1. Nagy frekvenciastabilitású Wien-Robinson hidas oszcillátor, amely kimenetéről frekvenciafüggően pozitívan és amplitúdófüggően negatívan visszacsatolt műveleti erősítőt tartalmaz, és a frekvenciafüggő visszacsatoló ág egy soros RC-tagból és egy párhuzamos RC-tagból álló feszültségosztó, amelynek osztáspontja csatlakozik a műveleti erősítő ne m-invertáló bemenetére, az amplitúdófüggő visszacsatoló-ág is egy feszültségosztó, amelynek osztáspontjához kapcsolódik a műveleti erősítő invertáló bemenete, azzal jellemezve, hogy a frekven-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
