Мост Вина - это мост переменного тока, параметры которого зависят от частоты сигнала. Одна пара плеч моста — последовательно и параллельно соединённые RC-цепи, составляющие совместно квазирезонансную частотно-избирательную цепь, другая пара плеч представляет резистивный делитель напряжения. Модуль передаточной функции сигнала диагонали моста имеет минимум при некотором соотношении величин двухполюсников входящих в схему и является характеристикой заграждающего фильтра.
Этот мост впервые построил Макс Вин в 1891 году, а применяется до сих пор, в том числе и в интегральных девайсах. В основном он применяется для построения RC - генераторов синусоидального сигнала с малыми нелинейными искажениями, относительно стабильной частотой и достаточно широким диапазоном перестройки по частоте. Кроме того мост Вина применяется в фильтрах.
Так как ветвь, состоящая из резисторов, частотно независимая, то рассмотрим частотные свойства другой ветви. Ее можно представить так:
При С1 = С2 и R1 = R2 выходное напряжение составляет 1/3Uвх. С1R1 представляет собой фильтр верхних частот, подключенный к C2R2 - фильтру низких частот. В результате образуется полосовой фильтр с максимальной передачей на резонансной частоте фильтра.
На низких частотах реактивное сопротивление последовательного конденсатора С1 очень велико, поэтому действует как разомкнутая цепь, блокируя любой входной сигнал Uвх, что приводит к практически отсутствию выходного сигнала Uвых. Аналогично, на высоких частотах реактивное сопротивление параллельного конденсатора C2 становится очень низким, поэтому этот параллельно подключенный конденсатор действует как короткое замыкание на выходе, поэтому выходной сигнал снова мал.
На этой резонансной частоте реактивное сопротивление цепи равно ее сопротивлению, то есть: Xc = R , а разность фаз между входом и выходом равна нулю градусов. Следовательно, величина выходного напряжения максимальна и равна одной трети входного напряжения. На графике это выглядит так:
Генератор низкой частоты.
Для того, чтобы построить генератор на мосте Вина, нужно компенсировать потери в нем. Это можно сделать, если мост Вина использовать в цепи положительной обратной связи усилителя. А в качестве усилителя проще всего взять операционный усилитель.
Здесь мост Вина включен в цепь положительной обратной связи между выходом усилителя и его неинвертирующим входом. Усиление устанавливается в цепи отрицательной обратной связи между выходом усилителя и его инвертирующим входом. Коэффициент усиления будет равен отношению резисторов R1/R2 и для компенсации потерь в мосте Вина должно быть больше 3-х.
Частота генерации равна резонансной частоте моста Вина и определяется его элементов R и C. Для того, чтобы изменять частоту генерации нужно одновременно изменять сопротивление резисторов R или конденсаторов С.
Выбор элемента, который будет меняться завит от входного сопротивления операционного усилителя. Если его входное сопротивление порядка сотен килоом, то подойдет вариант А (рис. 5), и сопротивление переменных резисторов R должно быть 47-100 кОм.
В случае, если есть ОУ с полевыми транзисторами на входе и входным сопротивлением более 100 МОм, то можно использовать схему Б (рис. 5). При этом резисторы R могут быть порядка 100 кОм - 10 МОм, емкость конденсаторов переменной емкости 30 - 450 пФ. Такой ОУ может работать и в схеме А, при этом сопротивление переменных резисторов можно увеличить до 1 МОм.
Недостатком таких простых схем является то, что амплитуда выходного сигнала не стабильна и изменяется в пределах диапазона перестройки. Чтобы устранить этот недостаток нужно или ограничивать сигнал, или ввести систему АРУ. В первом случае это будет выглядеть так:
Если по каким-либо причинам амплитуда напряжения на выходе Uвых увеличилась, то увеличится амплитуда полуволн тока, проходящих через диоды. Но это приведет к тому, что для каждого диода уменьшится дифференциальное сопротивление и сопротивление на постоянном токе для соответствующих моментов времени.
Это эквивалентно уменьшению сопротивления в цепи между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом. Но такое уменьшение, как известно, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя на основе ОУ, охваченного отрицательной обратной связью. В результате выходное напряжение уменьшится, возвратившись к исходному значению.
Стабилизация амплитуды генерируемых колебаний осуществляется с помощью транзистора VT1 . Сигнал с выхода ОУ выпрямляется диодами VD1, VD2 и поступает на затвор полевого транзистора. При изменении амплитуды колебаний сопротивление сток – исток также изменяется, что приводит к изменению коэффициента передачи ОУ .
Радиотворчество.
:Алексей Богомолов
Мост Вина
Мост Вина - это мост переменного тока, параметры которого зависят от частоты сигнала. Одна пара плеч моста — последовательно и параллельно соединённые RC-цепи, составляющие совместно квазирезонансную частотно-избирательную цепь, другая пара плеч представляет резистивный делитель напряжения. Модуль передаточной функции сигнала диагонали моста имеет минимум при некотором соотношении величин двухполюсников входящих в схему и является характеристикой заграждающего фильтра.Так как ветвь, состоящая из резисторов, частотно независимая, то рассмотрим частотные свойства другой ветви. Ее можно представить так:
На низких частотах реактивное сопротивление последовательного конденсатора С1 очень велико, поэтому действует как разомкнутая цепь, блокируя любой входной сигнал Uвх, что приводит к практически отсутствию выходного сигнала Uвых. Аналогично, на высоких частотах реактивное сопротивление параллельного конденсатора C2 становится очень низким, поэтому этот параллельно подключенный конденсатор действует как короткое замыкание на выходе, поэтому выходной сигнал снова мал.
На этой резонансной частоте реактивное сопротивление цепи равно ее сопротивлению, то есть: Xc = R , а разность фаз между входом и выходом равна нулю градусов. Следовательно, величина выходного напряжения максимальна и равна одной трети входного напряжения. На графике это выглядит так:
Генератор низкой частоты.
Для того, чтобы построить генератор на мосте Вина, нужно компенсировать потери в нем. Это можно сделать, если мост Вина использовать в цепи положительной обратной связи усилителя. А в качестве усилителя проще всего взять операционный усилитель.Частота генерации равна резонансной частоте моста Вина и определяется его элементов R и C. Для того, чтобы изменять частоту генерации нужно одновременно изменять сопротивление резисторов R или конденсаторов С.
В случае, если есть ОУ с полевыми транзисторами на входе и входным сопротивлением более 100 МОм, то можно использовать схему Б (рис. 5). При этом резисторы R могут быть порядка 100 кОм - 10 МОм, емкость конденсаторов переменной емкости 30 - 450 пФ. Такой ОУ может работать и в схеме А, при этом сопротивление переменных резисторов можно увеличить до 1 МОм.
Недостатком таких простых схем является то, что амплитуда выходного сигнала не стабильна и изменяется в пределах диапазона перестройки. Чтобы устранить этот недостаток нужно или ограничивать сигнал, или ввести систему АРУ. В первом случае это будет выглядеть так:
Это эквивалентно уменьшению сопротивления в цепи между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом.
Но такое уменьшение, как известно, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя на основе ОУ, охваченного отрицательной обратной связью. В результате выходное напряжение уменьшится, возвратившись к исходному значению.
Схема с использованием АРУ для стабилизации выходной амплитуды подробно можно посмотреть здесь: https://admarkelov.ru/sxemy-izmeritelnyx-generatorov/rc-generator-s-emkostnoj-nastrojkoj.html.