Warum schwingt diese Schaltung?

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Die folgende Schaltung ist ein Oszillator. Wenn ich es mit ltspice simuliere, erzeugt es tatsächlich eine Wellenform (obwohl es keine sehr reine Sinuswelle zu sein scheint).

Was ich nicht verstehe ist, warum es schwingt.

Die gesamte grundlegende Literatur, die ich bisher über Oszillatoren (Colpitts, Clapp, Hartley usw.) gelesen habe, scheint darauf hinzudeuten, dass Oszillatorschaltungen sowohl Kondensatoren als auch Induktivitäten im "Tank" -Teil der Schaltung enthalten müssen.

Wenn Sie sich die Theorie ansehen, scheint es, dass Sie sowohl Kappen als auch Spulen benötigen, um einen Tank mit einer geeigneten Resonanzfrequenz (die 1 / Sqrt [LC] -Formel) herzustellen, aber der "Tank" dieser Schaltung wird nur hergestellt von Widerständen und Kondensatoren.

Wenn ich Impedanzen für den Tank dieser Schaltung unter Verwendung von H-Topologie-Formeln berechne, scheint er so abgestimmt zu sein, dass er wie ein einziger großer Kondensator aussieht (außer natürlich dem Kurzschluss nach Masse in der Mitte).

Wenn jemand erklären könnte, warum und wie diese Schaltung schwingt, würde ich es wirklich begrüßen (sowohl intuitive / praktische als auch theoretische Erklärungen sind sehr willkommen).

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

blondiepassesby
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"außer natürlich für den Kurzschluss zum Boden in der Mitte" - ich denke, der Boden ist dort sehr wichtig.
John Dvorak
Die Wien-Brücke ist ein Beispiel für einen Nur-RC-Oszillator
Clabacchio
Mögliches Duplikat von electronic.stackexchange.com/q/85229/29994
Johnfound

Antworten:

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Es ist ein Phasenverschiebungsoszillator.

Normalerweise wirkt sich die Rückkopplung vom Kollektor zur Basis "negativ" aus, was für einige Verstärker sehr wichtig ist. Dies liegt daran, dass das Kollektorsignal das Inverse des Basissignals ist (auch als 180 ° phasenverschoben bezeichnet). Alles, was zurückgemeldet wird, tut dies, ohne Schwingungen zu verursachen. Diese Art der Rückkopplung wird auch in Operationsverstärkern zur Steuerung der Verstärkung verwendet.

Auf der fraglichen Schaltung gibt es eine Reihe von Komponenten, die das Kollektorsignal aufnehmen und so weit phasenverschieben, dass es bei einer bestimmten Frequenz in Phase mit dem Basissignal erscheint und es verstärkt. Dadurch schwingt es.

Auf einer technischeren Ebene wirkt die Rückkopplung um R2, R3, R4, C1, C2 und C3 als "milder" Sperrfilter. Es sollte gesagt werden, dass die Absicht eines "guten" Sperrfilters darin besteht, eine Frequenz vollständig zu entfernen (z. B. 50 Hz oder 60 Hz, wenn Netzwechselstrom ein Problem darstellt). Die ausgekerbte Frequenz wird um 180 ° phasenverschoben, und wenn sie nicht vollständig ausgekerbt ist (wie bei einem guten Sperrfilter), wird das verbleibende Signal zurückgeführt und das ursprüngliche Basissignal verstärkt, wodurch es oszilliert.

Es spielt keine Rolle, dass das Signal um 20 dB gedämpft wird. Es bleibt noch genügend Signal übrig, um verstärkt zu werden und eine Sinuswelle zu erzeugen.

Andy aka
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Tatsächlich ist die Dämpfung von 20 dB bei fo (Schwingungsfrequenz) ein gewünschtes Merkmal, um die positive Rückkopplung nicht zu stark zu überlasten. Bei jeder Art von Rückkopplungsoszillator muss die positive Rückkopplung sorgfältig gesteuert werden: Zu viel davon und das aktive Hauptgerät werden gesättigt, zu wenig und die Schaltung schwingt überhaupt nicht (aufgrund von Verlusten in der Schleife).
Jose.angel.jimenez
@ jose.angel.jimenez Sehr wahr, aber das Fehlen einer geeigneten Amplitudensteuerung macht diese Schaltung als reinen Sinusoszillator unzuverlässig.
Andy aka
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Nützlicher Suchbegriff für diese Topologie: "Twin T" -Filter oder Oszillator. Es kann (in einer Rückkopplungsschleife) zu einem sehr guten Sperrfilter oder selektiven Bandpassfilter sowie zu einigen sehr guten Oszillatoren (mit geeigneter Pegelregelung) gemacht werden
Brian Drummond
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@BrianDrummond: Vielen Dank dafür, sehr nützlich, führte mich zu Twin T Oszillator und Zobel Networks, die viel über die obige Schaltung erklären.
Blondiepassesby
+1 Sehr gute Antwort. Sehr zugänglich für diejenigen, die mit dem Konzept nicht vertraut sind
Gustavo Litovsky