Informations- und Kommunikationstechnik

Wien-Robinson-Oszillator

Neben dem RC-Phasenschieber-Oszillator gibt es einen weiteren Sinusgenerator, der ohne Induktivitäten nur mit RC-Kombinationen auskommt. Es ist der Wien-Robinson- oder Wien-Brückengenerator. Er ist einfach aufzubauen und kann für einen weiten Frequenzbereich sehr gut durchstimmbar dimensioniert werden. Er benötigt einen nicht invertierenden Verstärker, da sein Rückkoppelnetzwerk bei der Oszillatorfrequenz keine Phasendrehung aufweist.

Die Rückkopplung erfolgt durch zwei in Reihe liegende gleich dimensionierte RC-Schaltungen, wobei eine als Hochpass und die andere als Tiefpass wirkt. Bei der Grenzfrequenz ist der Phasenwinkel der Einzelpässe numerisch φ = 45° jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen, sodass die resultierende Phasendrehung des Rückkoppelnetzwerks bei der Oszillatorfrequenz φ = 0° beträgt.

Wien-Schaltung

Die Eingangsspannung am Wien-Brückenglied ist gleich der Summe der Spannungen über dem Hoch- und Tiefpass. Der Strom i durch den HP eilt gegen seine Spannung ureihe um 45° vor und stellt den Bezugsstrom für den TP. Die Ausgangsspannung ua eilt diesem Gesamtstrom um 45° nach. Die zusammengesetzten Zeigerdiagramme zeigen die Phasengleichheit im Fall der Grenzfrequenz zwischen ue und ua.

Der Verstärker muss die Verluste des Wien-Brückenglieds bei der Oszillatorfrequenz so ausgleichen, dass die Ringverstärkung k·V0 = 1 wird. Der Übertragungsfaktor k der Rückkoppelschaltung wird aus dem Spannungsverhältnis bestimmt. Die Ausgangsspannung liegt an der Parallelschaltung und die Eingangsspannung an der Reihenschaltung aus der Impedanz des HP und dem Scheinleitwert des TP. Dem üblichen Aufbau entsprechend werden gleiche Werte für die Widerstände und Kondensatoren verwendet. Beim Aufstellen der Übertragungsfunktion ist darauf zu achten, dass wie hier erfolgt, nur Impedanzen ins Verhältnis gesetzt werden können. Die Herleitung erfolgt mit komplexer Wechselstromrechnung.

Wien-Gleichungen

Der niedrige Verstärkungsfaktor von 3 ist einfach zu erreichen. Der Wien-Robinson Generator kann für einen Frequenzbereich von wenigen Hertz bis einigen Megahertz dimensioniert werden. Unter Verwendung eines Doppelpotenziometers oder Doppeldrehkondensators lässt sich der Oszillator im Frequenzverhältnis 1:1000 durchstimmbar gestalten. Mit LC-Oszillatoren ist diese Bandbreite nicht zu erreichen. Für sehr niedrige Frequenzen müssten bei LC-Oszillatoren auch sehr große Induktivitäten verwendet werden.

Wien-Oszillator

Die Schaltung wurde mit einem Simulationsprogramm untersucht. Die durch R1 und R2 vorgegebene Verstärkung des nicht invertierenden OPVs beträgt 3,2. Damit schwingt der Oszillator an, geht aber in die Begrenzung. Mit dem Poti kann anschließend die Verstärkung so weit zurückgenommen werden, dass ein unverzerrtes Sinussignal bestehen bleibt. Die Begrenzerdioden erleichtern die Amplitudenstabilisierung. Eingangs- und Ausgangsspannung sind phasengleich. Die gemessene Oszillatorfrequenz ergab 1587 Hz und entspricht sehr gut dem theoretischen Wert von 1592 Hz.