RC-oscillator

Figuur 1: Schakeling Wienbrug

Figuur 2: Schakeling Twin-T-brug

Figuur 3: Responsecurve Twin-T-brug

Een RC-oscillator is een elektronisch circuit waarbij er aan de uitgang een sinusoïdaal signaal gevormd wordt. Deze oscillator bestaat zoals de naam al zegt uit weerstanden en condensatoren; het derde deel is een versterker.

Bij RC-oscillatoren zijn er twee toepassingen:

• Wienbrug
• Twin-T-oscillator

Wienbrug-oscillator

De Wienbrug-oscillator wordt voornamelijk gebruikt in audiotoepassingen (20 Hz – 20 kHz). De uitgangsfrequentie is redelijk stabiel en is zo goed als vrij van ruis. De uitgangsfrequentie kan zeer eenvoudig worden aangepast (maximum 1 MHz). Een typisch voorbeeld van de Wienbrug oscillator is in figuur 1 afgebeeld.

Dit soort oscillator is in principe een 2-trapsversterker met een RC-circuit. Wanneer de frequentie verhoogd wordt zal de faseverschuiving zich naar rechts bewegen en wanneer deze verlaagd wordt zal de faseverschuiving zich naar links bewegen. Door de feedback van het Wienbrugcircuit verkrijgen we de resonantiefrequentie van de schakeling. Bij de resonantiefrequentie is de faseverschuiving aan de uitgang 0°. Als we de feedback van de Wienbrug niet gebruiken en de uitgang van transistor Q₂ verbonden is met transistor Q₁ zal transistor Q₁ de signalen versterken over een groot spectrum van frequenties. Hierdoor zal de frequentiestabiliteit, vergeleken met de Wienbrugfeedback, zeer laag zijn.

Werking

De schakeling gaat oscilleren wanneer er een verandering in de basisstroom van transistor Q₁ optreedt. Deze verandering zal versterkt worden door de collector van transistor Q₁, naast deze versterking zal er ook een faseverschuiving van 180° plaatsvinden. Door middel van condensator C₄ wordt het uitgangssignaal van Q₁ getransporteerd naar de ingang van Q₂. Het signaal zal voor de 2de keer versterkt worden door transistor Q₂ en er zal eveneens een faseverschuiving van 180° plaatsvinden. In totaal is er dan een faseverschuiving van 360° wat resulteert aan 0°, het ingangssignaal aan transistor Q₁ is dus in fase met het uitgangssignaal.

De uiteindelijke versterking A zal gelijk zijn aan:

${\displaystyle {\frac {R_{\mathrm {3} }+R_{\mathrm {4} }}{R}}_{\mathrm {4} }={\frac {R_{\mathrm {3} }}{R_{\mathrm {4} }}}+1=3}$ waarbij ${\displaystyle R_{\mathrm {3} }=2*R_{\mathrm {4} }}$

De attenuatie van de Wienbrug-oscillator is gelijk aan:

${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {1}{3}}}$

Om de oscillatie stabiel te laten verlopen is een versterking van 3 of groter noodzakelijk.

Twin-T-oscillator

Deze oscillator bestaat uit 2 T-type RC-filters met een terugkoppeling (figuur 2). Een van deze twee filters is een laagdoorlaatfilter en de andere is een hoogdoorlaatfilter. Als we deze twee samenvoegen krijgen we een bandstopfilter met in het midden een frequentie gelijk aan de oscillatiefrequentie. Wanneer de frequentie hoger of lager is dan de oscillatiefrequentie zal de oscillatie niet doorgaan door de negatieve terugkoppeling door de filters (figuur 3).

Bronnen

1. Floyd, Thomas L. (2007), 'Electronic Devices (Conventional Current Version): Eight Edition