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Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[11] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto Utentecarloc » 26 mar 2013, 9:03

Mah veramente gli oscillatori a ponte di Wien non mi sembrano tutto 'sto critico :-) :-)

Devono essere fatti bene, ma poi ottieni una buona sinusoide, con buona distorsione ed ampiezza costante. Fino a qualche anno fa, ma forse ancora oggi, gli oscillatori professionali a bassissima distrosione erano fatti proprio così.
Comunque per ottenere lo stesso livello di prestazioni con un DDS ad esempio, la complicazione circuitale è enorme, invece in analogico con quattro componenti ottieni un risultato più che buono.

Il punto critico è il controllo dell'ampiezza, deve avere un range di lavoro sufficiente ad assicurare l'oscillazione, da questo punto di vista il cicuito che hai postato non è un gran che, variare la frequenza variando una singola resistenza varia anche il modulo del guadagno d'anello... molto lavoro per il regolatore d'ampiezza che quindi "soffrirà" ed potrà ance dare una distorsione relativamente elevata....
Si deve usare un potenziometro doppio e variare contemporaneamente le due R :D

Lo slew rate dell'operazionale non è poi un gran problema, oggi ci sono vari device più che adatti
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[12] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 26 mar 2013, 12:06

:-) Quindi Foto Utentecarloc, usando un doppio potenziometro e inserendo diverse capacità (come voleva fare Foto UtentenikiT), con quel circuito si può ottenere una sinusoide di ampiezza e distorsione costanti in tutto il range (fino a 100 kHz) della richiesta iniziale :?: O_/
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[13] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto Utentecarloc » 26 mar 2013, 12:54

Beh con quel circuito non saprei... ma senza dubbio con quello o con qualcosa di simile ottiene semplicemnete un discreto oscillatore audio.
Io avevo questo
http://www.radiomuseum.org/r/amtron_generatore_audio_uk437.html
che è sempre andato più che bene

Ma anche nomi più blasonati hanno prodotto oscillatori a ponte di wien
http://www.introni.it/pdf/Farnell%20-%20LFM2%20Sine%20Square%20Oscillator.pdf

qui sembra abbiano raggiunto specifiche top...
http://www.janascard.cz/PDF/An%20ultra%20low%20distortion%20oscillator%20with%20THD%20below%20-140%20dB.pdf

Certo con tecniche digitali si può fare e magari si ottengono anche specifiche migliori ma secondo me nel rapporto sforzo realizzativo/prestazioni un analogico è imbattibile
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[14] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 26 mar 2013, 13:31

carloc ha scritto:Beh con quel circuito non saprei... ma senza dubbio con quello o con qualcosa di simile ottiene semplicemente un discreto oscillatore audio...


:-) Ah ecco, quindi forse non avevo tutti i torti a essere dubbioso oltre i 20/30 kHz... (non mettevo affatto in dubbio le "qualità" del ponte di Wien :-) ) comunque, Foto UtentenikiT, penso che per quello che ti costa puoi tranquillamente provare a fare quello che avevi in mente (mi raccomando il layout ! ;-) ) e poi controllare i risultati all'oscilloscopio; certamente ne ricaverai qualcosa di utile, anzi poi posta il tutto cosicché sia utile anche agli altri ;-). O_/
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[15] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto UtentenikiT » 26 mar 2013, 23:02

Beh, forse allora forse vale la pena di fare due prove pratiche per vedere fino a dove si riesce ad arrivare. :-)

carloc ha scritto:Si deve usare un potenziometro doppio e variare contemporaneamente le due R :D


Pensi che un doppio potenziometro possa garantirmi una variazione delle due R abbastanza omogenea per quest'applicazione? Considerando le tolleranze e la non linearità di questi dispositivi, non rischio di far oscillare il circuito con due R troppo diverse tra loro tali da compromettere la qualità del segnale d'uscita?

Grazie ancora per l'aiuto. :-)

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[16] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto UtenteBrunoValente » 26 mar 2013, 23:43

Ciao a tutti,
anch'io sarei più ottimista: si dovrebbe riuscire a coprire bene il campo di frequenze fino a 100kHz a patto di utilizzare un operazionale con larghezza di banda adeguata.
Per avere una buona stabilità conviene dividere la banda in sottobande di ampiezza non eccessiva: qualcosa del tipo fmax=3.3fmin dovrebbe andare bene, in questo modo due sottobande consecutive coprirebbero una decade, e con otto sottobande si coprirebbe una banda da 10Hz a 100kHz. Occorrerebbe un selettore da due vie e otto posizioni per commutare otto condensatori par ramo.
Se le due sezioni del potenziometro non fossero perfettamente uguali non sarebbe un dramma e non si comprometterebbe la qualità del segnale.
In ogni modo escursioni non eccessive aiutano anche da questo punto di vista.
Per avere escursioni di 1 a 3.3 per ogni sottobanda andrebbe installata una resistenza in serie ad ognuna delle due sezioni del potenziometro di valore pari ad 1/3.3 di quello del potenziometro, quindi non molto più piccolo: vuol dire che le differenze tra le due sezioni, che in percentuale aumentano man mano che si ruota l'albero verso il minimo valore, verrebbero mascherate delle resistenze in serie.
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[17] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto Utentecarloc » 27 mar 2013, 0:33

Allora, la tollernaza dei due pot non è poi così critica...

se si prende la classica rete di Wien ma senza ancora fare la solita assunzione che resistenze e condensatori siano uguali in valore...

e si trova la fdt...
\frac{V_o(s)}{V_s(s)}=F(s)=\frac{C_1R_2s}{C_1C_2R_1R_2s^2+(C_1R_2+C_1R_1+C_2R_2)s+1}

poi si torna nel dominio dei fasori
F(\text{j}\omega)=\frac{\text{j}\omega C_1R_2}{1-C_1C_2R_1R_2\omega^2+\text{j}\omega(C_1R_2+C_1R_1+C_2R_2)}

e si cerca la condizione che annulla l'argomento della funzione si nota che l'unico modo per averla reale è che al denominatore si annulli la parte reale (così abbiamo il rapporto di due quantità immaginarie pure)

1-C_1C_2R_1R_2\omega_0^2\quad\Rightarrow\quad\omega_0=\frac{1}{\sqrt{C_1C_2R_1R_2}}

BTW si nota anche che se come al solito si prende C_1=C_2=C e R_1=R_2=R si ha la classica relazione \omega_0=1/RC

A questo punto calcoliamo (il modulo) della funzione di trasferimento alla frequenza di oscillazione abbiamo semplicemente

|F(\text{j}\omega_0)|=F(\text{j}\omega_0)=\frac{C_1R_2}{C_1R_2+C_1R_1+C_2R_2}

ri-BTW anche in questo caso se C_1=C_2=C e R_1=R_2=R abbiamo |F(\text{j}\omega_0)|=F(\text{j}\omega_0)=\frac{1}{3} "come al solito"

Ora consideriamo il caso di avere appunto questo caso (resistenze e condensatori dello stesso valore) ma con una certa tolleranza nel matching, calcoliamo allora le sensitivities relative, come le tolleranze dei componeti si propagano alla frequenza di oscillazione a all'attenuazione della rete a quella frequenza

Ad esempio S^{\omega_0}_{C_1}=\frac{\partial\,\omega_0}{\partial C_1}\frac{C_1}{\omega_0} , la sensibilità relativa della frequenza rispetto a C1 permette di calcolare la variazione percentuale della frequenza in base ad una variazione percentuale di C1

\frac{\Delta\,\omega_0}{\omega_0}=S^{\omega_0}_{C_1}\frac{\Delta\,C_1}{C_1}

Facendo le derivate si vede che

S^{\omega_0}_{C_1}=S^{\omega_0}_{C_2}=S^{\omega_0}_{R_1}=S^{\omega_0}_{R_2}=-\frac{1}{2}

per la frequenza di oscillazione non si hanno grandi problemi, sono tutte uguali e sopratutto "modeste" della serie un +5% di tolleranza su uno dei componenti della rete porta -2,5% di errore sulla frequenza.

Facendo la stessa cosa per l'attenuazione della rete (chiamiamola A=|F(\text{j}\omega_0)| ) si ottiene

S^{A}_{C_1}=S^{A}_{R_2}=\frac{1}{3}\quad S^A_{C_2}=S^A_{R_1}=-\frac{1}{3}

ed anche qui siamo messi bene... ad esempio a fronte di una tolleranza del 20% nel tracking dei due potenziometri si ottiene una variazione di attenuazione di meno del 7%.

Quindi il risultato è: progettare un amplificatore con controllo automatico del guadagno che abbia un range di regolazione tale da sopperire alle variazioni di attenuazione attese senza distorcere. Poi slew rate, banda e tensione e corrente max di uscita che ti aspetti.

Ora sarebbe interessante vedere se effettivamente la scelta progettuale R1=R2=R e C1=C2=C è la migliore (credo proprio di sì che son tutti fatti così) ma per ora mi arrendo :D
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[18] Re: Oscillatore di Wien a frequenza variabile

Messaggioda Foto Utenteclaudiocedrone » 27 mar 2013, 0:56

:D Che spettacolo ! Grazie Foto Utentecarloc e Foto UtenteBrunoValente ! iOi iOi iOi O_/
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