CS237570B1

CS237570B1 - Connection for stabilization of bridge oscillator amplitude against external influences

Info

Publication number: CS237570B1
Application number: CS817836A
Authority: CS
Inventors: Bretislav Syrovatka
Original assignee: Bretislav Syrovatka
Priority date: 1981-10-26
Filing date: 1981-10-26
Publication date: 1985-09-17
Also published as: CS783681A1

Abstract

Účelem zapojení je vyřešit stabilizaci amplitudy proti působení zejména změny napájecího napětí, teploty okolí, změny způsobené stárnutím součástek a jiných změn. Zapojení je provedeno tak, že na prvním zesilovacím stupni můstkového oscilátoru s Wiénovým členem je zapojen tranzistor s předním řízením zisku a s pracovními podmínkami, nastavenými do oblasti poklesu výkonového zisku při vzrůstu jeho stejnosměrného bázového odporového trimru. Jeden konec tohoto trimru je zapojen přes paralelní kombinaci odporu a kondenzátoru Wienova členu na bázi vstupního tranzistoru a druhý konec je připojen na zdroj napájecího napětí.The purpose of the connection is to solve the stabilization of the amplitude against the effects of, in particular, changes in the supply voltage, ambient temperature, changes caused by aging of components and other changes. The connection is made so that the first amplification stage of the bridge oscillator with a Wien element is connected to a transistor with forward gain control and with operating conditions set to the region of a decrease in power gain with an increase in its DC base resistor trimmer. One end of this trimmer is connected through a parallel combination of a resistor and a capacitor of the Wien element at the base of the input transistor and the other end is connected to the supply voltage source.

Description

Vynález se týká zapojení pro stabilizaci anplitudy můstkových oscilátorů proti působení vnějších vlivů, zejména změně napájecího napětí, teploty okolí, změně způsobené stárnutím součástek aj.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to circuitry for stabilizing the bridge oscillator anplitude against external influences, in particular a change in supply voltage, ambient temperature, a change caused by the aging of components and the like.

Zapojení vychází ze známých zpětnovazebních můstkových oscilátorů, u kterých je pro nezávislost amplitudy Výstupního napětí oscilátoru υθ na změnách vnějších vlivů /například zátěže R_z, okolní teploty θ_θ, napájecího napětí U_z a jiných/ využito nelineárních prvků.The circuit is based on known feedback bridge oscillators, where non-linear elements are used for the independence of the output voltage oscillator υθ on changes in external influences / eg load R _z , ambient temperature θ _θ , supply voltage U _z and other /.

U nízkofrekvenčních oscilátorů s Wienovým RC můstkem jsou to například žárovičky, zapojené ve stabilizační smyčce záporné zpětné vazby. U krystalového můstkového oscilátoru typu Meacham tó mohou být navíc diody, termistory apod.In the case of low-frequency oscillators with a Wien RC bridge, these are, for example, incandescent lamps connected in the negative feedback stabilization loop. In the crystal bridge oscillator type Meacham tó, there may additionally be diodes, thermistors, etc.

Pro dobrou stabilizaci amplitudy oscilací musí být můstek /jehož součástí je také selektivní člen, z něhož se odebírá budicí signál na řídicí elektrodu prvního aktivního prvku/ v blízkosti rovnováhy.For good oscillation amplitude stabilization, the bridge (which also includes a selective member from which the excitation signal is taken from the control electrode of the first active element) must be near the equilibrium.

Do blízkosti této rovnováhy při činnosti oscilátoru je nastaven trimrem, kterým se pro uskutečnění záporné zpětné vazby přivádí signál na nelinearity žároviček. Zesílení aktivní zesilovací větve oscilátoru je rfastaveno zápornou zpětnou vazbou jen na takovou hodnotu, aby se počáteční podmínka oscilací lišila, přibližovala mezní podmínce oscilací v ustáleném stavu, tj. aby docházelo k minimálnímu zkreslení signálu a tedy i minimální změně jeho kmitočtu při případných změnách vnějších vlivů.Close to this equilibrium when the oscillator is operating, it is adjusted by a trimmer, which provides a signal for non-linearity of the lamps to effect a negative feedback. The amplification of the active amplifier branch of the oscillator is adjusted by a negative feedback only to a value such that the initial condition of oscillations differs, approximates the limit condition of oscillations in a steady state, ie to minimize signal distortion and hence minimal change of its frequency if .

Takto nastavený můstek, a tím také výše uvedené požadované vlastnosti oscilátoru zůstávají stálé jen pro nepříliš široké rozmezí změn vlivů, způsobující nestabilitu. Zejména velké změny napájecího napětí U_z /mající přímoúměrný vliv na napěťové zesílení jednotlivých aktivních prvků oscilátoru/ způsobují značné změny výstupního osoilátorového signálu U_o.The bridge thus set, and hence the aforementioned desired oscillator properties, remains stable only for a not very wide range of changes in the effects causing instability. In particular, large variations in the supply voltage U _z (having a directly proportional effect on the voltage gain of the individual active oscillator elements) cause considerable changes in the output oscillator signal U _o .

I když se velikost záporné zpětné vazby na nellnearitách žároviček mění tak, aby svým účinkem potlačovala změny /stabilizovala/ oscilátorové napětí ϋ_θ, větší rozsah jeho změn způsobuje rozvážení můstku a regulace není dostatečně účinná.Although the magnitude of the negative feedback on lamp non-linearities changes to suppress changes / stabilize / oscillator voltage ϋ _{θ in} effect, a larger range of its changes causes bridge balancing and regulation is not efficient enough.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení podle vynálezu. Podstatou zapojení můstkového oscilátoru s Wienovým členem podle vynálezu je, že vstupní tranzistor je tvořen tranzistorem s předním řízením zisku, k jehož bázi je připojen přes paralelní kombinaci kondenzátorů a odporu Wienova členu jeden koneo bázového odporového trimru pro nastavení pracovních podmínek do oblasti poklesu výkonového zisku při vzrůstu jeho stejnosměrného proudu báze. Druhý konec bázového odporového trimru je připojen na zdroj napájecího napětí.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the circuit according to the invention. The essence of the Wien oscillator bridge circuit according to the invention is that the input transistor consists of a front gain control transistor, to which a cone-base resistor trimmer is connected via a parallel combination of capacitors and a Wienian resistor to adjust the working conditions an increase in its direct current base. The other end of the base resistance trimmer is connected to the power supply.

Vyšší účinek vynálezu se projevuje nejen ve výrazném zlepšení stabilizace amplitudy můstkových oscilátorů proti působení vnějších vlivů, ale zapojení svou poměrnou jednoduchostí jé vhodné i pro zkušební, kalibrační oscilátory, zdroje referenčního signálu v zařízeních s omezeným elektrickým příkonem, například pro bateriové zdroje, protože oscilátor nevyžaduje zpravidla energeticky i součástkově náročnou stabilizaci nastavení činitele stabilizace výstupního napětí na určitou míru mnohem složitější.The higher effect of the invention results not only in a marked improvement in the amplitude stabilization of the bridge oscillators against external influences, but also in its comparative simplicity is also suitable for test, calibration oscillators, reference signal sources in devices with limited electrical input, for example Generally, energy and component-intensive stabilization of setting the output voltage stabilization factor to a certain degree is much more complex.

Vynález je blíže popsán na připojených výkresech kde na obr. 1 je schematicky znázorněn příklad zapojení podle vynálezu a na obr. 2 a 3 jsou uvedeny grafické závislosti dokreslující dosahovaný účinek vynálezu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is described in more detail in the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic illustration of an embodiment of the invention and FIGS. 2 and 3 show graphs illustrating the effect of the invention.

Wienova členuWienova členu

Na obr. 1 je znázorněno zapojení můstkového oscilátoru se třemi zesilovacími stupni. První zesilovací stupeň se vstupním tranzistorem Tj je připojen k můstku tvořenému prvkyFIG. 1 shows a three-step bridge oscillator circuit. The first amplifier stage with the input transistor Tj is connected to the bridge formed by the elements

R C- v jedné větvi odděleného”ondenzátorem C₃ od země a sériovým spo2 2 ap — v druhé větvi můstku.R C- in one branch separated by ”C ₃ from ground and serial spo2 2 ap - in the other bridge branch.

jením emitorového odporového trimru R^, pátého odporu R₅ s první a druhou žárovičkou Ζ_χ,by connecting the emitter resistor trimmer R ^, the fifth resistor R ₅ with the first and second lamps Ζ _χ ,

Báze vstupního tranzistoru'Tg je připojena na výstup Wienova členu RgCg, RgCg ^a emitor do bodu spojení emitorového odporového trimru a první žárovičky Žg /druhé větve můstku/.The base of the input transistor Tg is connected to the output of the Wien element RgCg, RgCg ^{and the} emitter to the junction point of the emitter resistor and the first lamp Žg (the second bridge branch).

V kolektoru vstupního tranzistoru Tg je zatěžovací odpor Rg a filtr^-Řg, Cg pro vhodné nastavení pracovních podmínek a snížení“vlivu harmonických.In the collector of the input transistor Tg there is a load resistor Rg and a filter ^- Řg, Cg for suitable setting of working conditions and reducing the influence of harmonics.

Můstek se nastavuje při působení výstupního napětí U_Q přivedeného sem z výstupu oscilátoru čtvrtým kondenzátorem C₄ do blízkosti rovnováhy bázovým odporovým trimrem R^. U zesilovacího stupně s druhým a třetím tranzistorem Tg, Tg se osmým odporem Rg zavádí^-tvrdá záporná zpětná vazba.The bridge is adjusted under the effect of the output voltage U _Q supplied here from the oscillator output by the fourth capacitor C ₄ near equilibrium by the base resistance trimmer R ^. In the amplification stage with the second and third transistors Tg, Tg is introduced by the eighth resistor Rg ^- hard negative feedback.

Odpory Rjq, Ryj jsou zatěžovací odpory tranzistorů Tj, Tg. Mezi kolektorem vstupního tranzistoru Ty a bází druhého tranzistoru Tg je vazební kondenzátor Cg a oddělovací odpor Rg pro snížení vlivu druhého tranzistoru T”na vstupní tranzistor TgT”Resistors Rjq, Ryj are the load resistors of transistors Tj, Tg. Between the collector of the input transistor Ty and the base of the second transistor Tg is a coupling capacitor Cg and a decoupling resistor Rg to reduce the influence of the second transistor T ”on the input transistor TgT”.

Kondenzátor Cg mezi bázemi tranzistorů T, a Tg vyrovnává kmitočtovou charakteristiku na vyšších kmitočtech.The capacitor Cg between the bases of transistors T, and Tg balances the frequency response at higher frequencies.

Výrazné zlepšení stálosti výstupního napětí U_Q, při změně napětí napájecího zdroje 0_z, lze dosáhnout tím, že výkonový zisk G_p některého z aktivních zesilovacích prvků oscilátoru učiníme závislý na této změně napájecího napětí zdroje U_z.A significant improvement in the stability of the output voltage U _Q , when the voltage of the power supply source 0 _z is varied, can be achieved by making the power gain G _{p of} one of the active amplifying elements of the oscillator dependent on this power supply voltage change U _z .

V konkrétním případě zapojení podle obr. 1 je na pozici prvního zesilovacího stupně se vstupním trazistorem Tg použit tranzistor s předním řízením výkonového zisku Gpg- Jeho pracovní podmínky jsou nastaveny do oblasti poklesu výkonového zisku G^g při vzrůstajícím stejnosměrném proudu emitoru I_E a tedy i proudu báze I_g, který vzrůstá při vzrůstajícím napá ječím napětí napájecího zdroje u_z.In the specific case of the circuit according to FIG. 1, the position of the first amplifier stage with an input transistor trazistorem Tg is used with the front controlling power gain of the GPG Its operating conditions are set in decrease in power gain G ^ g when increasing the DC current I to the emitter _E and thus base current I _g, which increases with increasing current power supply voltage yell u _z.

Báze vstupního tranzistoru Tg je napájena přes bázový odporový trimr Rg napětím napájecího zdroje U_z- Výkonový zisk Gp~prvního zesilovacího stupně klesá s rostoucím napájecím napětím,jak Τθ znázorněno na obr. 3.The base of the input transistor Tg is fed via a base resistance trimmer Rg by the voltage of the power supply unit U _z - The power gain Gp ~ of the first amplification stage decreases with increasing supply voltage as Τθ shown in Fig. 3.

Výkonový zisk G^g druhého zesilovacího stupně s druhým a třetím tranzistorem Tg, Tg vzrůstá s rostoucím napájecím napětím napájecího zdroje U_z.The power gain G g g of the second amplifier stage with the second and third transistors Tg, Tg increases as the supply voltage of the power supply U _z increases.

Pokles výkonového zisku G g prvního zesilovacího stupně kompenzuje vzrůst výkonového zisku Gp^ druhého zesilovacího stupně. Strmost poklesu výkonového zisku Gp prvního zesilovacího stupně lze /podle typu vstupního tranzistoru Tg/ nastavit volbou vhodné hodnoty třetího odporu Rg.The decrease in power gain G g of the first amplifier stage compensates for the increase in power gain Gp of the second amplifier stage. The slope of the power gain Gp of the first amplification stage can be adjusted (depending on the type of the input transistor Tg) by selecting a suitable value of the third resistance Rg.

Vykompenzování vzrůstu výkonového zesílení G druhého zesilovacího stupně poklesem výkonového zesílení Gpg prvního zesilovacího stupně při vzrůstajícím napájecím napětí napájecího zdroje U_z není obvykle dokonalé, tj. celkový výkonový zisk ^Gp_c ^I=Gpy^Gp2 není zcela konstantní směnícím se napájecím napětím napájecího zdrojeCompensating the increase in power gain G of the second amplifier stage by decreasing the power gain Gpg of the first amplifier stage with increasing power supply voltage U _z is not usually perfect, ie the total power gain ^G p _c ^{I = G} py ^G p2 is not quite constant

Změna /nestálost/ celkového výkonového zesílení G_pc je přesto u zapojení podle obr. 2 mnohem menší než u doposud používaných obdobných zapojení. Další stupeň stabilizace zajistí můstkové zapojení Wienova členu RgCg, R,Cg v jedné větvi a sériové spojení odporového trimru Ry pátého odporu Rg s první a druhou žárovičkou Žg, Žg ve druhé větvi. Stabilizující dčiňlcy tohoto můstku Jsou známy.Nevertheless, the change / volatility / total power gain G _pc is much smaller in the circuit according to FIG. The next stage of stabilization is ensured by the bridging of the Wien element RgCg, R, Cg in one branch and the series connection of the resistance trimmer Ry of the fifth resistor Rg with the first and second lamps Žg, Žg in the second branch. Stabilizing agents of this bridge are known.

Výsledkem je docílení stálé hodnoty výstupního napětí U_Q v širokém rozmezí změn napájecího napětí napájecího zdroje U_z jak ukazuje obr. 2. Kompenzace celkového výkonového zisku Gp_c má také příznivý vliv na udržení stálé hodnoty harmonického zkreslení k a odtud také na •stabilitu kmitočtuzlf / f oscilátoru.The result is a constant output voltage value U _Q within a wide range of changes in the supply voltage of the power supply unit U _z as shown in Fig. 2. Compensation of the total power gain Gp _c also has a beneficial effect on keeping the harmonic distortion constant. oscillator.

V rozsahu změn napájecího napětí napájecího zdroje U_z od 16 V do 40 V byla zjištěnaThe extent of the changes the power supply voltage U _of from 16 V to 40 V was found

2375 70 změna amplitudy výstupního napětí U_Q v rozmezí pouze - 1 %. Zapojení bylo zkoušeno pro kmitočty od 5 Hz do 1 MHz.2375 70 Output voltage amplitude change U _Q in the range of -1% only. The wiring has been tested for frequencies from 5 Hz to 1 MHz.

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

Circuit arrangement for stabilizing the amplitude of bridge oscillators, Wien member against external influences, wherein the input transistor in the first amplifier stage bridge osciláto ^ru is connected to the bridge formed by the elements of the Wien member in one branch, where the common point of the capacitors is connected to the base of the input transistor and resistor divider consisting of a linear and non-linear resistor, formed, for example, by a resistance trimmer and a bulb, to which a common input transistor emitter is connected, the input transistor collector being coupled via a coupling capacitor to the input of the next amplification stage; is made up of a front gain control trazistor, to which one end of the base resistance trimmer (Rj) is connected via a parallel combination of a capacitor (C ₂ ) and a resistance (R ^) of the Wien element to adjust the operating conditions of the input tr of an inductor (Tj) into the area of the power gain drop as its DC base current increases, the other end of which is connected to a power supply (U).