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Der Wien-Robinson-Oszillator

Wien-Robinson-Berücke

Welchen Wert berechnen?:

Widerstände R1, R2:
Kondensatoren C1, C2:
Frequenz:

Der Wien-Robinson-Oszillator besitzt gegenüber anderen Sinusoszillatoren einige Vorteile. Neben einen großen, durchstimmbaren Frequenzbereich über mehrere Dekaden ist die Sinusform sehr verzerrungsarm. Die maximale Frequenz ist hauptsächlich von den verwendeten Verstärkerelementen abhängig. Arbeitet man mit schnellen Operationsverstärkern, die eine ‚Slow rate‘ von 50 V/µs besitzen, so sind Frequenzen bis 1 MHz möglich. Wird der Aufwand sehr hoch getrieben, so sind beim Sinussignal Klirrfaktoren kleiner als 0,01% möglich.
Der in Bild 2 gezeigt Wien-Robinson-Oszillator ist für eine Frequenz von ca. 1 kHz dimensioniert. Die sehr einfach gehaltene Amplitudenregelung sorgt zwar nach Abgleich mit P1 für eine konstante Amplitude, aber der Klirrfaktor ist mit
5% bis 8% doch sehr hoch. Einen wesentlich niedrigeren Klirrfaktor kann man erreichen, wenn die Amplitudenregelung mithilfe eines Regelkreises konstant gehalten wird. Hierzu werden eine Gleichrichterstufe, ein Soll-Ist-Vergleicher und ein Feldeffekt-Transistor als veränderbarer Widerstand benötigt. Auch ist darauf zu achten, dass die Amplitudenregelung für den ganzen, einstellbaren, Frequenzbereich sauber arbeitet.

Wien-Robinson-Oszillator

Die frequenzbestimmenden Bauteile der Wien-Brücke R1, R2, C1 und C2 sollen eng toleriert sein. Während Widerstände mit 1%-iger Toleranz Lagerware sind, muss man die Kondensatoren ausmessen. Die absolute Genauigkeit ist hier nicht wichtig, es reicht, wenn die relative Abweichung der Kondensatoren untereinander kleiner als 1% ist. Auch sollte darauf geachtet werden, dass der Temperaturkoeffizient dieser vier Bauteil klein ist. Für Widerstände wird ein Tk von +/-50ppm empfohlen. Für die Kapazitäten in der Brücke werden Folienkondensatoren empfohlen. Hier liefert z. B. Firma Bürklin unter der Bestell-Nr.:
42 D 8454 ff. FKP 2-Typen von WIMA.

Wien-Robinson-Oszillator

Das Oscilloscope XSC1 zeigt die Spannungs-
verläufe an der Wien-Brücke. Die blaue Linie zeigt den Verlauf der Eingangsspannung Uein in Bild 1, und die rote Linie zeigt den Verlauf der Ausgangsspannung Uaus in Bild 1. Zum einen ist zu erkennen, dass beide Spannungsverläufe phasengleich sind. Bekanntlich ist bei der Grenzfrequenz der einzelnen Brückenglieder (R1, C1 und R2, C2) die Phasenverschiebung 45° mit jeweils gegensätzlichem Vorzeichen, sodass deren Summe gleich 0° ist. Zum anderen zeigt Bild 3, dass die Amplitude der Ausgangsspannung etwa 1/3 der Amplitude der Eingangsspannung ist. Die Höhe dieser Spannungsdämpfung muss vom nachgeschalteten Verstärker kompensiert werden. Für ein oszillierendes Verhalten der Wien-Robinson-Brücke sind somit die beiden wichtigsten Forderungen erfüllt: Phasendrehung innerhalb des Systems um 0° bzw. 360°, und eine Verstärkung im System die größer als 1 ist.