Warum schwingt der Wienbrückengenerator?

[HMN]

Mein Kollege und ich haben einen Wienbrückengenerator gebaut, er Funktioniert auch, jetzt hat uns unser Ausbilder die Frage gestellt, warum schwingt der? Naja, wir haben keine Eklärung, hat von euch einer eine?:-)

 

[Isabell]

AW: Warum schwingt der Wienbrückengenerator?

Mein Kollege und ich haben einen Wienbrückengenerator gebaut, er Funktioniert auch, jetzt hat uns unser Ausbilder die Frage gestellt, warum schwingt der? Naja, wir haben keine Eklärung, hat von euch einer eine?:-)

Ja, da solltet ihr die genaue Schaltung reinstellen. Klar ist, dass eine Schaltung schwingt, wenn das Ausgangssignal so auf den Eingang rückgeführt wird, dass es sich verstärkt.
Damit ist klar, wie der Generator anschwingt. Zusätzlich habt ihr beim Wien-Brücken-Generator eine bevorzugte Frequenz.
Das noch nicht gelöste Problem ist: Wieso fährt er nicht in die Begrenzung, was die Sinusschwingung heftig verzerren würde?
Ihr müßt also ein nichtlineares Bauelement haben, das die Amplitude begrenzt, oder?

 

[Konsti]

AW: Warum schwingt der Wienbrückengenerator?

Ich versuche es prägnant zu erklären:
Für eine Schwingung müssen zwei Parameter erfüllt sein:
1) Die Verstärkung muss größer 0dB sein.
2) Der Phasenwinkel muss 180° betragen
Zum Punkt 1:
Damit eine Sinusschwingung vorliegt muss nur eine bzw. einige wenige Frequenzen verstärkt werden(je weniger, desto besser ist der Klirrfaktor des Schwingers), diese Funktion übernimmt der Bandpass. Ein RC-Glied kann einen Hoch- und einen Tiefpass bilden. Beide zusammen bilden einen Bandpass. Leider beträgt der Rückkopplungsfaktor nur 1/3*Ue--> -9,5dB<0. Damit kann das System nicht schwingen. Lösung: zusätzlich eine Verstärkung V>3 einbauen, diese Funktion übernehmen die Widerstände am invertierenden OP-Eingang.
Zum Punkt 2:
Für eine Schwingung muss die Phase zwischen der Eingangsgröße und der Rückführung phi=180° betragen. Da jedes RC-Glied für sich eine Phasenverschiebung von 90° erzeugt, erzeugen zwei RC-Glieder eine Phase von 180°.

Für genauen und allgemeinen Nachweis Siehe „Regelungstechnik: Stabilitätskriterien, Schwingfähige Systeme, PT2-Glied“
Für genaue Nachrechnung des Wien-Brücken-Oszillators Siehe „Tietze und Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik, Grad und Fricke : Grundlagen der Verstärker“

PS.: Ohne komplexe Rechnung ist es schwer zu rechen.

 

[MartinRo]

AW: Warum schwingt der Wienbrückengenerator?

Hallo,

da fällt mir nur noch dazu ein, dass Die Phasenlage einer Wienbrücke genau bei einer ganz bestimmten Frequenz 0° und gleichzeitig die Amplidute ihr Maximum erreicht. Wird die so resultierende Spannung bei einem Verstärker mitgekoppelt und die Verstärkung mit einem nichtlinearen Element (siehe Beitrag von Isabell) gegengekoppelt, so dass trotz Verluste V=1 (geringfügig mehr beim Anschwingen, deshalb nicht lineares Element) herauskommt, wird der Wienbrückenoszillator zum schwingen angeregt!

Beispiel:
R1=R2
C1=C2

dann gilt: fo=1/(R*C*2*pi)