EP1520339A1 - Wien-robinson-oszillator - Google Patents

Wien-robinson-oszillator

Info

Publication number
EP1520339A1
EP1520339A1 EP03735643A EP03735643A EP1520339A1 EP 1520339 A1 EP1520339 A1 EP 1520339A1 EP 03735643 A EP03735643 A EP 03735643A EP 03735643 A EP03735643 A EP 03735643A EP 1520339 A1 EP1520339 A1 EP 1520339A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resistor
operational amplifier
output
oscillator
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03735643A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karlheinz Panzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Rexroth AG
Original Assignee
Bosch Rexroth AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Rexroth AG filed Critical Bosch Rexroth AG
Publication of EP1520339A1 publication Critical patent/EP1520339A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/20—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator
    • H03B5/26—Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element comprising resistance and either capacitance or inductance, e.g. phase-shift oscillator frequency-determining element being part of bridge circuit in closed ring around which signal is transmitted; frequency-determining element being connected via a bridge circuit to such a closed ring, e.g. Wien-Bridge oscillator, parallel-T oscillator

Definitions

  • the invention relates to a Wien-Robinson oscillator with an operational amplifier which is provided with a negative feedback branch and with a positive feedback branch.
  • Wien-Robinson oscillator is known in particular from the specialist book by Tietze-Schenk “Semiconductor Circuit Technology” ' , Springer Verlag, 8th revised edition from 1986, pages 454 to 458.
  • the frequency of a Wien-Robinson oscillator is determined by RC
  • Such oscillators are preferably used in the low frequency range, since in this frequency range the inductances and capacitances of LC oscillators become unwieldy.
  • the Wien-Robinson oscillator uses a Wien-Robinson bridge circuit 15.26 on page 455 is used as a feedback network and frequency-determining element
  • the basic circuit of such an oscillator is shown in fig
  • the negative feedback branch consists essentially of two resistors, the common node of which is connected to the inverting input of the operational amplifier.
  • the positive feedback branch consists of the series connection of two RC elements, whose common connection point with the non-inverting input of the Operational amplifier is connected.
  • the RC element arranged between the non-inverting input of the operational amplifier and reference potential consists of the parallel connection of a resistor and a capacitor.
  • the controllable resistance is formed by the drain-source path of a generally symmetrical field-effect transistor, the drain connection of which is connected to the reference potential.
  • the source connection can alternatively be connected to reference potential instead of the drain connection.
  • the controllable resistor in the form of a field effect transistor makes it possible to change the resistance ratio of the negative feedback branch in such a way that the condition for a constant amplitude of the output voltage of the oscillator is fulfilled.
  • the output voltage of the oscillator is directs and the rectified voltage supplied to the gate terminal of the field effect transistor as a control voltage via an adaptation circuit.
  • the level of the amplitude of the output voltage of the oscillator in this circuit depends on the data of the field effect transistor.
  • the third harmonic of the output voltage of the oscillator is suppressed more than in the embodiment according to claim 4.
  • a signal which is stable with respect to changes in the load is obtained if - as stated in claim 4 - the output of the operational amplifier as the output of the Oscillator is used.
  • the output signal of the operational amplifier is particularly well suited as an auxiliary signal for the control of switching processes.
  • the oscillator By loading the output of the driver with one from the parallel connection of an inductive Resistor and a capacitor_ formed resonant circuit according to claim 6, high-frequency interference is suppressed and the current consumption and power loss of the oscillator is reduced. This applies in particular if the natural frequency of the resonant circuit is dimensioned in such a way that it is equal to the oscillating frequency of the oscillator.
  • the oscillator in particular in its embodiment according to claim 6 or claim 7, is particularly suitable for feeding inductive or capacitive transducers, in particular displacement transducers.
  • the single figure shows the circuit diagram of a Vienna Robinson oscillator 10 designed according to the invention in connection with an amplifier arrangement 11 designed according to the subclaims and a schematically illustrated inductive displacement sensor 12.
  • the Wien-Robinson oscillator 10 has an operational amplifier 15 which is provided with a negative feedback branch and a positive feedback branch.
  • the supply voltages for the operational amplifier 15 are two voltages + U V and -U v with opposite signs, the amounts of which are the same.
  • the negative feedback branch is formed from two resistors 16 and 17 connected in series. Their common circuit point is connected to the inverting input of the operational amplifier 15.
  • the other port of the counter Stand 16 is connected to reference potential, while the other terminal of resistor 17 is connected to the output of operational amplifier 15.
  • the output of the operational amplifier 15 is provided with the reference symbol 18, its output voltage is denoted by u a ⁇ .
  • the positive feedback branch is formed from two RC elements connected in series, one RC element consisting of the parallel connection of a resistor 20 and a capacitor 21 and the other RC element consisting of the series connection of a further resistor 22 and a further capacitor 23.
  • Das RC element formed from the resistor 20 and the capacitor 21 is arranged between the non-inverting input of the operational amplifier 15 and the reference potential.
  • the RC element formed from the resistor 22 and the capacitor 23 is arranged between the non-inverting input of the operational amplifier 15 and the output 18 of the operational amplifier 15, a further resistor 25 being arranged between the capacitor 23 and the output 18.
  • the common circuit point of the capacitor 23 and the resistor 25 is provided with the reference numeral 26.
  • the voltage of node 26 is designated u a2 .
  • a resistor 28 is connected to the circuit point 26, the other connection of which is provided with the reference symbol 29.
  • the voltage that arises at node 29 is designated u a3 .
  • the circuit point 29 is connected to a constant positive auxiliary voltage + U k i via a first diode 30 and to a constant negative auxiliary voltage -U k i via a second, oppositely polarized diode 31.
  • the amounts of the auxiliary voltages + U k i and -U k i are the same size, they are however chosen smaller than the amounts of the voltages + U V and -U v .
  • the resistor 25 is inserted between the circuit points 18 and 26.
  • the voltage u a2 of the switching point 26 serves as the output voltage of the Wien-Robinson oscillator 10 for this purpose, however, it is also possible to use the output voltage of the operational amplifier 15, ie the voltage u a ⁇ of the circuit point 18, as the output voltage of the Wien-Robinson oscillator 10.
  • the voltage u a2 is used as the output voltage of the Wien-Robinson oscillator 10, since it is more stable than the output voltage u a ⁇ of the operational amplifier 15 when the load is essentially constant.
  • the voltage u a ⁇ is well suited as an auxiliary signal for a control of switching operations, not shown here and also not described.
  • the positive feedback branch of the Wien-Robinson oscillator 10 according to the invention is designed such that the positive feedback outweighs the negative feedback as long as the diodes 30 and 31 block.
  • the voltage u a3 is equal to the voltage u a2 , since no current flows through the resistor 28.
  • the voltage u a3 is equal to the sum of the auxiliary voltage + U k i and that designated U d3 o Neten forward voltage of the diode 30.
  • the current flowing through the resistor 28 in this operating state causes an additional voltage drop across the resistor 25. This leads to a further increase in the voltage u a ⁇ determining the negative feedback.
  • the negative feedback thus acts more strongly than the negative feedback. This leads to a decay of the vibrations until the voltage u a2 has dropped so far that the diode 30 blocks again and the positive feedback is again stronger than the negative feedback.
  • the positive feedback of the Wien-Robinson oscillator 10 is thus alternately stronger or weaker than the negative feedback.
  • Resistor 25 is dimensioned so that operational amplifier 15 operates in the linear range.
  • the amplifier arrangement 11 has a driver 35, an inverting amplifier 36 connected downstream thereof and a capacitor 37.
  • the input of the amplifier arrangement 11 provided with the reference symbol 40 is connected to the output 26 of the Wien-Robinson oscillator 10.
  • the driver 35 prevents repercussions due to changes in a load connected to the Wien-Robinson oscillator 10.
  • the amplifier arrangement 11 has two outputs 41 and 42.
  • the output 41 is also the output of the driver 35, during the Output 42 is simultaneously the output of the reversing amplifier 36.
  • the output voltage of driver 35 and the output voltage of reversing amplifier 36 are designated u a4 and u a5 , respectively.
  • the driver 35 is designed as an inverting amplifier.
  • the inductive displacement transducer 12 has a primary coil 44 and two secondary coils 45 and 46 wound in opposite directions.
  • the primary coil 44 is supplied by the opposite-phase voltages u a4 and u a s.
  • a movable core 47 is arranged between the primary coil 44 and the secondary coils 45 and 46, which changes the coupling between the primary coil 44 and the secondary coils 45 and 46 in accordance with its deflection.
  • the displacement transducer 12 converts a path s into a voltage denoted here by u s , which further in circuit arrangements not shown here.
  • the outputs 41 and 42 of the amplifier arrangement 22 are connected to the primary coil 44 of the displacement sensor 12 via lines 48 and 49, respectively.
  • the lines 48 and 49 have a different length depending on the respective application. There is a risk of interference signals being interspersed over lines 48 and 49.
  • the driver 35 prevents interference signals from reacting to the output of the Wien-Robinson oscillator 10.
  • the capacitance of the capacitor 37 is dimensioned such that the natural frequency fo * of the LC oscillation circuit 37, 44 is equal to the oscillation frequency fo of the Wien-Robinson oscillator 10. This suppresses high-frequency interference and reduces the power loss of the Wien-Robinson oscillator 10.
  • the lines 48 and 49 form a capacitor 50 which is parallel to the capacitor 37 and to the primary coil 44.
  • the capacitor 50 is shown in the figure by dashed lines, since this is not a specific capacitor but the capacitive portion of the lines 48 and 49. If the capacitance of the lines 48 and 49 is not negligibly small compared to the capacitor 37, the size of the capacitor 50 must also be taken into account when dimensioning the capacitor 37, ie the capacitor 37 should be chosen to be correspondingly smaller.
  • the inductive displacement sensor 12 shown in the figure with a primary coil and two secondary coils
  • a choke with a center tap and a movable core controlling the coupling of the choke as the inductive displacement sensor.
  • the voltage tapped at the center tap is a measure of the deflection of the movable core.

Landscapes

  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Abstract

Bei einem Wien-Robinson-Oszillator sind zwischen dem Ausgang eines Operationsverstärkers und Bezugspotential ein Gegenkopplungszweig und ein Mitkopplungszweig angeordnet. Der Gegenkopplungsweig enthält zwei in Reihe geschaltete Widerstände, deren gemeinsamer Schaltungspunkt mit dem invertierende Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Der Mitkopplungszweig ist aus zwei in Reihe geschalteten RC-Gliedern gebildet, deren gemeinsamer Schaltungspunkt mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Soll die Amplitude der Ausgangsspannung des Oszillators konstant gehalten werden, sind zusätzliche, den schaltungstechnischen Aufwand erhöhende Massnahmen erforderlich. Um mit weniger Aufwand eine Stabilisierung der Ausgangsspannung des Oszillators zu erreichen, ist zwischen dem von dem Bezugspotential abgewandten Ende des Mitkopplungszweigs und dem Ausgang des Operationsverstärkers ein dritter Widerstand angeordnet. Der gemeinsame Schaltungspunkt des Mitkopplungszweigs und des dritten Widerstands ist über entgegengesetzt gepolte Dioden mit einer positiven und mit einer negativen Hilfsspannung verbunden. Die Beträge der beiden Hilfsspannungen sind gleich gross, die Dioden sind so gepolt, dass sie die Spannung des gemeinsamen Schaltungspunkts begrenzen. Derartige Oszillatoren dienen u. a. zur Speisung von induktiven oder kapazitiven Wegaufnehmern.

Description

Wien-Robinson-Oszillator
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Wien-Robinson-Oszillator mit einem Operationsverstärker, der mit einem Gegenkopplungszweig und mit einem Mitkopplungszweig versehen ist.
Ein derartiger Wien-Robinson-Oszillator ist insbesondere aus dem Fachbuch von Tietze - Schenk „Halbleiter-Schaltungstechnik"', Springer Verlag, 8. überarbeitete Auflage von 1986, Seiten 454 bis 458 bekannt. Die Frequenz eines Wien-Robinson- Oszillators wird durch RC-Glieder, d. h. aus Widerständen und Kondensatoren gebildete Netzwerke, bestimmt. Derartige Oszillatoren werden vorzugsweise im Niederfrequenzbereich eingesetzt, da in diesem Frequenzbereich die Induktivitäten und Kapazitäten von LC-Oszillatoren unhandlich groß werden. Beim Wien-Robinson-Oszillator wird eine Wien-Robinson-Brückenschaltung, wie sie in der Abb. 15.26 auf Seite 455 dargestellt ist, als Rückkopplungsnetzwerk und frequenzbestimmendes Glied eingesetzt. Die Prinzipschaltung eines derartigen Oszillators ist in der Abb. 15.27 auf Seite 456 dargestellt. Zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und Bezugspotential sind ein Gegenkopplungszweig und ein Mitkopplungszweig angeordnet. Der Gegenkopplungszweig besteht im Wesentlichen aus zwei Widerständen, deren gemeinsamer Schaltungspunkt mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Der Mitkopplungszweig besteht aus der Reihenschaltung von zwei RC-Gliedern, deren gemeinsamer Schaltungspunkt mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist. Das zwischen dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers und Bezugspotential angeordnete RC-Glied besteht aus der Parallelschaltung eines Widerstands und eines Kondensators. Das zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers angeordnete andere RC-Glied besteht aus der Reihenschaltung eines weiteren Widerstands und eines weiteren Kondensators. Damit die Schwingbedingung des Wien- Robinson-Oszillators erfüllt ist, ist der zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und Bezugspotential angeordnete Widerstand des Gegenkopplungszweigs halb so groß wie der zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers angeordnete Widerstand. Außerdem sind die Widerstände und die Kondensatoren der beiden RC- Glieder des Mitkopplungszweigs jeweils gleich groß. Um die Ausgangsspannung des Oszillators zu stabilisieren, ist in der Abb. 15.27 der zwischen dem Bezugspotential und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordnete Widerstand als Reihenschaltung eines festen Widerstands und eines steuerbaren Widerstands ausgebildet. Den steuerbaren Widerstand bildet die Drain-Source-Strecke eines in der Regel symmetrischen Feldeffekttransistors, dessen Drain-Anschluß mit Bezugspotential verbunden ist. Bei einem symmetrischen Feldeffekttransistor kann alternativ der Source-Anschluß anstelle des Drain-Anschlusses mit Bezugspotential verbunden sein. Der steuerbare Widerstand in Form eines Feldeffekttransistors ermöglicht es, das Widerstandsverhältnis des Gegenkopplungszweigs so zu verändern, daß die Bedingung für eine konstante Amplitude der Ausgangsspannung des Oszillators erfüllt ist. Hierzu wird die Ausgangsspannung des Oszillators gleichge- richtet und die gleichgerichtete Spannung über eine Anpassungsschaltung dem Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors als Steuerspannung zugeführt. Die Höhe der Amplitude der Ausgangsspannung des Oszillators hängt in dieser Schaltung von den Daten des Feldef ekttransistors ab. Die Konstanz der Ausgangsspannung des Oszillators läßt sich - wie anhand der Abb. 15.28 auf Seite 458 dargestellt - durch eine Zwischenverstärkung der Gate-Spannung verbessern. Die genannten Maßnahmen verbessern zwar die Konstanz der Ausgangsspannung des Oszillators, andererseits erhöhen sie aber auch den für den Oszillator erforderlichen schaltungstechnischen Aufwand. Als weiterer Nachteil der beschriebenen Schaltungsanordnung kommt eine starke Empfindlichkeit der Amplitudenregelung gegenüber EMV-Störungen hinzu. Die Buchstabenfolge „EMV" steht hier in üblicher Weise für „elektromagnetische Verträglichkeit" .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wien-Robinson-Oszillator der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Amplitude der Ausgangsspannung mit einfachen Mitteln konstant gehalten ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der zusätzliche Widerstand zwischen dem von dem Bezugspotential abgewandten Ende des Mitkopplungszweigs und dem Ausgang des Operationsverstärkers bewirkt in Verbindung mit zwei betragsmäßig gleichen Hilfsspannungen entgegengesetzter Polarität, die mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt des Mitkopplungszweigs und des zusätzlichen Widerstands über je eine Diode verbunden sind, über eine Veränderung des Verhältnisses zwischen der Mitkopplung und der Gegenkopplung eine Stabilisierung der Amplitude der Ausgangsspannung.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der gemäß Anspruch 2 zusätzlich eingefügte Widerstand verbessert die Signalgüte, insbesondere die Sinusform der Ausgangsspannung des Oszillators und verringert den Klirrfaktor. Als Ausgang des Oszillators kann einer der beiden Anschlüsse des Widerstands, der in Reihe zu dem Ausgang des Operationsverstärkers angeordnet ist, verwendet werden. Dient gemäß Anspruch 3 der von dem Ausgang des Operationsverstärkers abgewandte Anschluß des Widerstands als Ausgang des Oszillators, ist die Amplitude der Ausgangsspannung bei im wesentlichen konstanter Belastung stabiler als wenn - wie im Anspruch 4 angegeben - der Ausgang des Operationsverstärkers als Ausgang des Oszillators dient. Außerdem wird bei der Ausgestaltung nach Anspruch 3 die dritte Oberwelle der Ausgangsspannung des Oszillators stärker unterdrückt als bei der Ausgestaltung nach Anspruch 4. Ein gegenüber Änderungen der Belastung stabiles Signal erhält man, wenn - wie im Anspruch 4 angegeben - den Ausgang des Operationsverstärkers als Ausgang des Oszillators verwendet wird. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers ist insbesondere als Hilfssignal für die Steuerung von Schaltvorgängen gut geeignet. Der Einsatz eines dem Ausgang des Oszillators nachgeschalteten Treibers gemäß Anspruch 5 vermeidet Rückwirkungen auf den Oszillator bei sich ändernder Last oder aufgrund von externen Störungen, die über ein zu der Last führendes Kabel eingekoppelt werden. Durch die Belastung des Ausgangs des Treibers mit einem aus der Parallelschaltung eines induktiven Widerstands und einer Kapazität_ gebildeten Schwingkreises gemäß Anspruch 6 werden hochfrequente Störungen unterdrückt sowie die Stromaufnahme und die Verlustleistung des Oszillators verringert. Dies gilt in besonderem Maße dann, wenn die Eigenfrequenz des Schwingkreises gemäß Anspruch 7 so bemessen ist, daß sie gleich der Schwingfrequenz des Oszillators ist. Der Oszillator, insbesondere in seiner Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 oder Anspruch 7 ist insbesondere zur Speisung von induktiven oder kapazitiven Meßwertaufnehmern, insbesondere Wegaufnehmern, geeignet.
Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäß ausgebildeten Wien-Robinson-Oszillators 10 in Verbindung mit einer entsprechend den Unteransprüchen ausgebildeten Verstärkeranordnung 11 und einem schematisch dargestellten induktiven Wegaufnehmer 12.
Der Wien-Robinson-Oszillator 10 weist einen Operationsverstärker 15 auf, der mit einem Gegenkopplungszweig und einem Mitkopplungszweig versehen ist. Als Versorgungsspannungen für den Operationsverstärker 15 dienen zwei Spannungen +UV und -Uv mit entgegengesetzten Vorzeichen, deren Beträge gleich groß sind. Der Gegenkopplungszweig ist aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 16 und 17 gebildet. Ihr gemeinsamer Schaltungspunkt ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 verbunden. Der andere Anschluß des Wider- Stands 16 ist mit Bezugspotential verbunden, während der andere Anschluß des Widerstands 17 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 15 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 15 ist mit dem Bezugszeichen 18 versehen, seine Ausgangsspannung ist mit uaι bezeichnet. Der Mitkopplungszweig ist aus zwei in Reihe geschalteten RC-Gliedern gebildet, wobei das eine RC-Glied aus der Parallelschaltung eines Widerstands 20 und eines Kondensators 21 besteht und das andere RC-Glied aus der Reihenschaltung eines weiteren Widerstands 22 und eines weiteren Kondensators 23. Das aus dem Widerstand 20 und dem Kondensator 21 gebildete RC-Glied ist zwischen dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 und Bezugspotential angeordnet. Das aus dem Widerstand 22 und dem Kondensator 23 gebildete RC-Glied ist zwischen dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 und dem Ausgang 18 des Operationsverstärkers 15 angeordnet, wobei zwischen dem Kondensator 23 und dem Ausgang 18 ein weiterer Widerstand 25 angeordnet ist. Der gemeinsame Schaltungspunkt des Kondensators 23 und des Widerstands 25 ist mit dem Bezugszeichen 26 versehen. Die Spannung des Schaltungspunktes 26 ist mit ua2 bezeichnet. Mit dem Schaltungspunkt 26 ist ein Widerstand 28 verbunden, dessen anderer Anschluß mit dem Bezugszeichen 29 versehen ist. Die Spannung, die sich am Schaltungspunkt 29 einstellt, ist mit ua3 bezeichnet. Der Schaltungspunkt 29 ist über eine erste Diode 30 mit einer konstanten positiven Hilfsspannung +Uki verbunden und über eine zweite, entgegengesetzt gepolte Diode 31 mit einer konstanten negativen Hilfsspannung -Uki . Die Beträge der Hilfsspannungen +Uki und -Uki sind gleich groß, sie sind jedoch kleiner als die Beträge der Spannungen +UV und -Uv gewählt .
Überbrückt man zunächst in Gedanken den Widerstand 25 und trennt zugleich die Verbindung zwischen dem Schaltungspunkt 26 und dem Widerstand 28 auf, so erhält man einen bekannten Wien-Robinson-Oszillator. Die Schwingbedingung eines derartigen Oszillators ist in bekannter Weise dann erfüllt, wenn der zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 15 und Bezugspotential angeordnete Widerstand 16 des Gegenkopplungszweigs halb so groß ist wie der zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang 18 des Operationsverstärkers 25 angeordnete Widerstand 17 und wenn außerdem die Widerstände 20 und 22 sowie die Kondensatoren 21 und 23 der beiden RC-Glieder des Mitkopplungszweigs jeweils gleich groß sind. In diesem Fall sind Gegenkopplung und Mitkopplung gleich groß und es ergibt sich eine im wesentliche sinusförmige Spannung uaι am Ausgang 18, deren mit fio bezeichnete Frequenz in bekannter Weise durch das Produkt aus dem Widerstand 20 und dem Kondensator 21 bestimmt ist. Wie bereits einleitend ausgeführt, waren bisher umfangreiche zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um die Amplitude der Schwingung eines derartigen Oszillators konstant zu halten.
Um die Amplitude der Ausgangsspannung des Wien-Robinson-Oszillators 10 konstant zu halten, ist erfindungsgemäß - wie bereits oben beschrieben - zwischen den Schaltungspunkten 18 und 26 der Widerstand 25 eingefügt. Als Ausgangsspannung des Wien-Robinson-Oszillators 10 dient in diesem Ausführungsbeispiel die Spannung ua2 des Schaltungspunkts 26. Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 15, d. h. die Spannung uaι des Schaltungspunktes 18, als Ausgangsspannung des Wien-Robinson- Oszillators 10 zu verwenden. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Spannung ua2 als Ausgangsspannung des Wien-Robinson- Oszillators 10 verwendet, da sie bei im wesentlichen konstanter Belastung stabiler als die Ausgangsspannung uaι des Operationsverstärkers 15 ist. Die Spannung uaι ist dagegen als Hilfssignal für eine hier nicht dargestellte und auch nicht beschriebene Steuerung von Schaltvorgängen gut geeignet .
Der Mitkopplungszweig des erfindungsgemäßen Wien-Robinson- Oszillators 10 ist so ausgebildet, daß die Mitkopplung die Gegenkopplung überwiegt, so lange die Dioden 30 und 31 sperren. In diesem Betriebszustand ist die Spannung ua3 gleich der Spannung ua2, da über den Widerstand 28 kein Strom fließt. Die Amplituden der Spannungen uaχ und ua2 klingen bei überwiegender Mitkopplung so lange auf, bis die Spannung ua2 und damit auch die Spannung ua3 betragsmäßig größer ist als die um die Durchlaßspannung der Diode 30 oder der Diode 31 erhöhte Hilfsspannung +U i bzw. -Uki- Wird die Spannung ua2 größer als die um die Durchlaßspannung der Diode 30 erhöhte Hilfsspannung +Uki, wird die Diode 30 leitend und es fließt von dem Schaltungspunkt 26 Strom über den Widerstand 28 und die Diode 30. Dabei wird die die Mitkopplung bestimmende Spannung ua2 auf einen Wert begrenzt, der um den Spannungsabfall an dem Widerstand 28 größer als die Spannung a3 ist. Die Spannung ua3 ist in diesem Betriebszustand gleich der Summe aus der Hilfsspannung +Uki und der mit Ud3o bezeich- neten Durchlaßspannung der Diode 30. Der in diesem Betriebszustand über den Widerstand 28 fließende Strom bewirkt einen zusätzlich Spannungsabfall an dem Widerstand 25. Dies führt zu einer weiteren Erhöhung der die Gegenkopplung bestimmenden Spannung uaι . Somit wirkt in diesem Betriebszustand die Gegenkopplung stärker als die Mittkopplung. Dies führt zu einem Abklingen der Schwingungen bis die Spannung ua2 so weit abgesunken ist, daß die Diode 30 wieder sperrt und die Mitkopplung erneut stärker als die Gegenkopplung ist. Die Mitkopplung des Wien-Robinson-Oszillators 10 ist somit abwechselnd stärker oder schwächer als die Gegenkopplung. Auf diese Weise stellt sich im zeitlichen Mittel eine praktisch sinusförmige Schwingung mit konstanter Amplitude ein. Der. Widerstand 25 ist so dimensioniert, daß der Operationsverstärker 15 im linearen Bereich arbeitet. Je kleiner der Widerstand 28 bemessen ist, desto stärker wird die Sinusform der als Ausgangsspannung des Wien-Robinson-Oszillators 10 verwendeten Spannung ua2 beschnitten, wenn die Begrenzung durch die Diode 30 und die Hilfsspannung +Uki oder durch die Diode 31 und die Hilfsspannung -U i wirksam wird.
Die Verstärkeranordnung 11 weist einen Treiber 35, einen diesem nachgeschalteten Umkehrverstärker 36 und einen Kondensator 37 auf. Der mit dem Bezugszeichen 40 versehene Eingang der Verstärkeranordnung 11 ist mit dem Ausgang 26 des Wien- Robinson-Oszillators 10 verbunden. Der Treiber 35 verhindert Rückwirkungen aufgrund von Änderungen einer an den Wien-Robinson-Oszillator 10 angeschlossenen Last. Die Verstärkeranordnung 11 weist zwei Ausgänge 41 und 42 auf. Der Ausgang 41 ist gleichzeitig der Ausgang des Treibers 35, während der Ausgang 42 gleichzeitig der Ausgang des Umkehrverstärkers 36 ist. Die Ausgangsspannung des Treibers 35 und die Ausgangsspannung des Umkehrverstärkers 36 sind mit ua4 bzw. ua5 bezeichnet. Der Treiber 35 ist in diesem Ausführungsbeispiel als invertierender Verstärker ausgebildet. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, den Treiber als nichtinvertierenden Verstärker auszubilden. Der Umkehrverstärker 36 ist als invertierender Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor V = -1 ausgebildet. Damit stellt sich die Spannung ua5 so ein, daß sie gleich -ua ist.
Der induktive Wegaufnehmer 12 weist eine Primärspule 44 sowie zwei gegenläufig gewickelte Sekundärspulen 45 und 46 auf. Die Versorgung der Primärspule 44 erfolgt durch- die gegenphasigen Spannungen ua4 und uas . Zwischen der Primärspule 44 und den Sekundärspulen 45 und 46 ist ein beweglicher Kern 47 angeordnet, der die Kopplung zwischen der Primärspule 44 und den Sekundärspulen 45 und 46 entsprechend seiner Auslenkung verändert. Der Wegaufnehmer 12 setzt in an sich bekannter Weise einen Weg s in eine hier mit us bezeichnete Spannung um, die in hier nicht dargestellten Schaltungsanordnungen weiter. Die Ausgänge 41 und 42 der Verstärkeranordnung 22 sind über Leitungen 48 bzw. 49 mit der Primärspule 44 des Wegaufnehmers 12 verbunden. Die Leitungen 48 und 49 weisen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Anwendungsfall eine unterschiedliche Länge auf. Es besteht die Gefahr, daß über die Leitungen 48 und 49 Ξtörsignale eingestreut werden. Der Treiber 35 verhindert eine Rückwirkung von Störsignalen auf den Ausgang des Wien- Robinson-Oszillators 10. Der Kondensator 37 bildet zusammen mit der Primärspule 44 des Wegaufnehmers 12 einen LC-Schwing- kreis. Die Kapazität des Kondensators 37 ist so bemessen, daß die Eigenfrequenz fo* des LC-Schwingkreises 37, 44 gleich der Schwingfrequenz fo des Wien-Robinson-Oszillators 10 ist. Hierdurch werden hochfrequente Störungen unterdrückt und die Verlustleistung des Wien-Robinson-Oszillators 10 verringert. Die Leitungen 48 und 49 bilden einen Kondensator 50, der parallel zu dem Kondensator 37 und zu der Primärspule 44 liegt. Der Kondensator 50 ist in der Figur durch Strichlinien dargestellt, da es sich hier nicht um einen konkreten Kondensator sondern um den kapazitiven Anteil der Leitungen 48 und 49 handelt. Sofern die Kapazität der Leitungen 48 und 49 nicht vernachlässigbar klein gegenüber dem Kondensator 37 ist, ist zusätzlich die Größe des Kondensators 50 bei der Bemessung des Kondensators 37 zu berücksichtigen, d. h. der Kondensator 37 ist entsprechend kleiner zu wählen.
Anstelle des in der Figur dargestellten induktiven Wegaufnehmers 12 mit einer Primärspule und zwei Sekundärspulen ist es auch möglich, als induktiven Wegaufnehmer eine Drossel mit Mittelanzapfung und einem die Kopplung der Drossel steuernden beweglichen Kern zu verwenden. In diesem Fall ist die an der Mittelanzapfung abgegriffene Spannung ein Maß für die Auslenkung des beweglichen Kerns.

Claims

Patentansprüche
1. Wien-Robinson-Oszillator (10)
- mit einem Operationsverstärker (15),
- mit einem aus der Reihenschaltung von zwei Widerständen gebildeten Gegenkopplungszweig, bei -dem der erste Widerstand (16) zwischen dem Bezugspotential (J_) und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (15) angeordnet ist und der zweite Widerstand (17) zwischen dem Ausgang (18) des Operationsverstärkers (15) und seinem invertierenden Eingang angeordnet ist,
- mit einem aus der Reihenschaltung von zwei RC-Gliedern gebildeten Mitkopplungszweig, bei dem das erste RC-Glied (20, 21) zwischen dem Bezugspotential (±) und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers (15) angeordnet ist und bei dem das zweite RC-Glied (22, 23) einerseits mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers (15) und andererseits über einen dritten Widerstand (25) mit dem Ausgang (18) des Operationsverstärkers (15) verbunden ist, wobei das erste RC-Glied aus der Parallelschaltung eines ersten Kondensators (21) und eines vierten Widerstands (20) gebildet ist und wobei das zweite RC-Glied aus der Reihenschaltung eines zweiten Kondensators (23) und eines fünften Widerstands (22) gebildet ist,
- mit einer ersten Diode (30), über die der gemeinsame Schaltungspunkt (26) des zweiten RC-Glieds (22, 23) und des dritten Widerstands (25) mit einer konstanten positiven Hilfsspannung (+Uki) verbunden ist und mit einer zweiten Diode (31), über die der gemeinsame Schaltungspunkt (26) mit einer konstanten negativen Hilfsspannung (-Uki) ver- bunden ist, wobei die Beträge der beiden Hilfsspannungen (+Uki^ ~Uki) gleich groß sind und die Dioden (30, 31) so gepolt sind, daß sie die Spannung (ua2) des gemeinsamen Schaltungspunkts (26) begrenzen.
2. Wien-Robinson-Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein sechster Widerstand (28) zwischen dem gemeinsamen Schaltungspunkt (26) des zweiten RC-Glieds (22, 23) und des dritten Widerstands (25) und den Dioden (30, 31) angeordnet ist.
3. Wien-Robinson-Oszillator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Schaltungspunkt (26) des zweiten RC-Glieds (22, 23) und des dritten Widerstands (25) als Ausgang des Oszillators dient.
4. Wien-Robinson-Oszillator nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (18) des Operationsverstärkers (15) als Ausgang des Oszillators dient.
5. Wien-Robinson-Oszillator nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ausgang (26) des Oszillators ein Treiber (35) nachgeschaltet ist.
6. Wien-Robinson-Oszillator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Treiber (35) die Parallelschaltung eines induktiven Widerstands (44) und eines dritten Kondensators (37) nachgeschaltet ist.
7. Wien-Robinson-Oszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz (fo*) des aus dem induktiven Widerstand (44) und dem dritten Kondensator (37) gebildeten Schwingkreises so bemessen ist, daß sie gleich der Schwingfrequenz (fo) des Wien-Robinson-Oszillators (10) ist.
8. Verwendung eines Wien-Robinson-Oszillators nach Anspruch 6 oder Anspruch 7 zum Speisen eines eine oder mehrere Spulen (44, 45, 46) enthaltenden induktiven Wegaufnehmers (12), wobei der induktive Widerstand durch mindestens eine Spule (44) des Wegaufnehmers (12) gebildet ist.
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