Hoe start een wien brug oscillator het beste op

flash2b

Golden Member

Op AliExpress kocht ik een een leuke kit voor een 1KHz Wien Brug oscillator zonder ICs en met een lampje als amplitude stabilisator.

Het schema is als volgt:
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/wien%20bridge%20oscillator%201khz%20schematic.png

Oorspronkelijk werden voor R3, R4 15K8 weerstanden (op de print stond 15K) meegeleverd en gaf de generator een sinus van 988Hz maar door deze te vervangen door een setje weerstanden die samen exact 15K6 waren kwam er 1000Hz uit. De scope staat hieronder in normale acquisitie, dus er is géén averaging.

https://www.uploadarchief.net:443/files/download/wien%20bridge%20oscillator%201khz.png

Het gebouwde printje (alle onderdelen zoals geleverd behalve R3, R4 en C5) ziet er zo uit:
https://www.uploadarchief.net:443/files/download/20211112_175406sm.jpg

Met potmeter P1 is de vervorming te regelen en met P2 de uitgang amplitude.

Mijn vraag gaat over het opstart gedrag van deze oscillator.

Ik merkte dat als ik P1 laag draai, de amplitude afneemt en heel laag de oscillator niet start. Als P1 hoog wordt gedraaid, neemt de amplitude toe maar uiteindelijk ook de vervorming.

  • Als P1 laag staat dan start de oscillator langzaam (<1 sec) wat op de scope te zien doordat het signaal van onder naar boven in beeld komt.
  • Als P1 hoog staat dan start de oscillator sneller/direct, maar zakt de amplitude van hoog naar uiteindelijk normaal niveau in 1 sec. Op de scope is dit te zien dat de amplitude zakt.

Wat is nu gebruikelijk om deze schakeling af te regelen kwa start gedrag ?

Hoe gemakkelijker de oscillator start, des te groter is de vervorming van de sinus. Dus afregelen op de maximaal toegestane vervorming of minimaal toegestane amplitude. En dan is het nog maar de vraag of hij onder alle omstandigheden start. Denk aan te lage/hoge voedingsspanning, temperatuur enz.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op 12 november 2021 21:21:44 (28%)]

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl

Wat een toeval dat 15k6 op 1 kHz uit komt. De condensatoren zijn 10 % denk ik.

Afregelen op snel opstarten zal een hogere vervorming geven, maar wanneer dat niet erg is: gewoon doen.
Ik zou de invloed van de voedingsspanning ook meenemen in de afregeling van de mee/tegenkoppeling: zo min mogelijk variatie van de uitgangsspanning betekent dat de regeling zijn werk doet.

Leuk bouwsetje!

Ohm pi was me voor. En ik zie dat er een zener in zit. Succes.

flash2b

Golden Member

Momenteel zijn R3 en R4 een serie schakeling van 10K + 5K6 + 100Ω = 15K61 gemeten 15K6. C1 en C2 zijn normale MMK condensatoren, tolerantie K dus zijn 10% idd.

https://www.electronics-tutorials.ws/wp-content/uploads/2018/05/oscillator-osc26.gif

Zou bij ideale onderdelen C=10nF en R=15,915K zijn op Fr = 1KHz.

Die transistor links boven op de print, hebben ze daar een stuk afgekluifd ?

Op 12 november 2021 21:08:03 schreef flash2b:

[/list]

Wat is nu gebruikelijk om deze schakeling af te regelen kwa start gedrag ?

dat kies je zelf, in functie van wat je belangrijk vind. snelle stabilisatie of de laagst mogelijke vervorming.

Vaak had je op de "fabrieks Wienbrugoscillatoren" dan ook een keuzeknop : kiezen tussen fast settle time of Low distortion.

Meest logische is wel low distortion. anders bouw je beter een ander type generator :-)

Op 12 november 2021 21:31:15 schreef flash2b:
Zou bij ideale onderdelen C=10nF en R=15,915K zijn op Fr = 1KHz.

Je moet ook de invloed van de fasedraaiing van de versterker niet onderschatten. Voor oscillatie moet de rondgaande versterking precies 1 zijn. Een kleine faseafwijking van de versterker moet gecompenseerd worden door een tegengestelde kleine faseafwijking van de wienbrug. Helaas heeft een wienbrug een relatief grote verstemming nodig om een kleine faseafwijking te verkrijgen. De Q van de wienbrug is laag. Daarentegen begint een versterker ver voor het -3dB punt al een merkbare fasedraaiing te vertonen. De versterker dient dus ver voorbij de oscillatiefrequentie nog recht te zijn.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op 12 november 2021 21:49:35 (12%)]

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl
flash2b

Golden Member

Op 12 november 2021 21:45:35 schreef Peter112:
Die transistor links boven op de print, hebben ze daar een stuk afgekluifd ?

Nee die staat met zijn midden pootje naar voren, idd raar maar zo was de print nu eenmaal ontworpen. Ik had bij nader inzien ook 2 pootjes naar achter kunnen buigen zodat het er 'beter' uit had gezien.

Op 12 november 2021 21:46:25 schreef kris van damme:
Meest logische is wel low distortion. anders bouw je beter een ander type generator :-)

Ik snap dat het een afweging is, 'langzaam' is ook maar 1 sec bij deze generator.

Dank voor de opmerkingen ik ga wat experimenteren met verschillende instellingen en voedingsspanningen. Het is me duidelijker geworden.

Ha flash2b,

Gaat het je om het start momentum dat heeft niets met je hoog / laagdoorlaatfilter ( Wienbrug ) van doen.
Het starten van de oscillator dat is nog niet zo gemakkelijk waarschijnlijk het inschakelen maar de ruis kan ook de oorzaakzijn !
De ruis is wel zeer aannemelijk omdat het een breedband fenomeen is.....
Of gaat de vraag over het stabiliseren van de uitgang en het tempo waarin dit gebeurt ?

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Honourable Member

Hi,

Je hebt bij het instellen weinig keus, trim P1 zodat hij betrouwbaar opstart.

Dan hebben we nog het puntje vervorming, ik denk dat als het signaal vanaf de emitter van T1 zou worden afgenomen de THD lager zou zijn.
Dan zou R2 een 1K potmeter worden met daaraan C3 geknoopt die naar de buffertrap met T3 gaat.
Welke ook weer krom staat ingesteld met zijn enkele basis weerstand R6.

Ik zou het zo instellen dat dit printje goed opstart en verder niet te veel verwachten van de THD specificaties.
Zorg er ook voor dat je het lampje met een kloddertje lijm vast zet op de print.

Anders ga je iedere beweging van het printje horen in het uitgangs signaal. :-)
Denk een beetje aan een nagalmveer! dit effect varieerd met de opbouw van het lampje.
Ik heb hier en paar lampjes die wat dit effect betreft goed zijn, wat betekend een goed ondersteunde gloeidraad.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
flash2b

Golden Member

Omdat er "YUN" op de print staat heb ik gezocht en de bron gevonden van degene die de print heeft gemaakt: http://www.yunwt.net/1mydiy/qt33.htm

Een andere persoon die deze kit ook heeft gebouwd: https://rustybolt.info/wordpress/?p=12743

Op 12 november 2021 22:11:56 schreef electron920:
Gaat het je om het start momentum dat heeft niets met je hoog / laagdoorlaatfilter ( Wienbrug ) van doen.
Het starten van de oscillator dat is nog niet zo gemakkelijk waarschijnlijk het inschakelen maar de ruis kan ook de oorzaak zijn !
De ruis is wel zeer aannemelijk omdat het een breedband fenomeen is.....
Of gaat de vraag over het stabiliseren van de uitgang en het tempo waarin dit gebeurt ?

Het gaat om het start gedrag.

Op 12 november 2021 22:34:54 schreef flash2b:
Omdat er "YUN" op de print staat heb ik gezocht en de bron gevonden van degene die de print heeft gemaakt: http://www.yunwt.net/1mydiy/qt33.htm

Een andere persoon die deze kit ook heeft gebouwd: https://rustybolt.info/wordpress/?p=12743

Knap dat je ontwerper yun gevonden hebt. Die andere persoon klaagt over het hoge stroomverbruik. Dat ligt in de grootte-orde van 20mA. Deze stroom wordt voornamelijk door Q2 opgenomen.

Bezoek mijn neefjes' site: www.tinuselectronics.nl

Op 12 november 2021 23:43:06 schreef ohm pi:
Die andere persoon klaagt over het hoge stroomverbruik. Dat ligt in de grootte-orde van 20mA. Deze stroom wordt voornamelijk door Q2 opgenomen.

T2 moet tenslotte dat lampje wat warm stoken. dat wetende valt 20mA best mee.

blackdog

Honourable Member

Hi,

Een groot deel van de verbruikte stroom gaat door het lampje, die moet in het goede bereik worden gebracht zodat hij een goede PTC wordt.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
flash2b

Golden Member

Op 12 november 2021 22:16:03 schreef blackdog:
Zorg er ook voor dat je het lampje met een kloddertje lijm vast zet op de print.
Anders ga je iedere beweging van het printje horen in het uitgangs signaal. :-)

Dank voor die tip, ik had het lampje al aan beide kanten van extra vilten busjes voorzien, maar ik zal wat thermische lijm toevoegen.

Op de print passen ook andere typen lampjes als dit 'draad' type.

Hoe kan T3 beter worden ingesteld ?

Frederick E. Terman

Honourable Member

Een wat laagohmiger spanningsdeler (twee weerstanden) voor de basis geven. Zet maar op ruwweg de halve voeding.
Het audio komt daar toch uit een heel laagimpedante bron (XC3= 1600 ohm).

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Ik heb ooit zo iets gebouwd voor een opamp tester. Daar had ik het zelfde "probleem". Ik heb een schakelaar gebruikt om hem te laten starten.

www.pa4tim.nl, www.schneiderelectronicsrepair.nl, Reparatie van meet- en calibratie apparatuur, ook oud en exotisch

Ha flash2b,

Dat is duidelijk het starten van een oscillator.
Het starten van je oscillator daar kan je niets aan regelen, R1 is de stabiliteit in steady state en R2 is de volumeregelaar !

Het starten gebeurt door een chaotisch proces, wanneer er spanning op de versterker geschakeld wordt.
Door de transiënten afkomstig van het inschakelen wordt de intrinsieke breedband ruis gemoduleerd,
door de rondgaande open lus versterking en het frequentiefilter ontstaat een sinus golfvorm elke lineaire oscillator begint met een sinus !

Eerst wat bepaald de snelheid van het starten en wat kan je doen om een schakelbare oscillator ( hoppen ) snel te starten ?

Zoals ik aangaf wordt een en ander wakker geschud door de spijkers op de voeding.
Voor een goed ontwerp van een versterker wil je dat de invloed van de voedingsrails klein is,
een grote Common Mode Rejection Ratio ( CMRR ) is wenselijk.
Maar deze grote ontkoppeling zorgt er wel voor dat de spijkers zeer goed onderdrukt worden,
en dat is nu juist waar de oscillator op wakker geschud wordt 8)7

Het is dus belangrijk om goed te kijken welke mate van ontkoppeling gewenst is.
Als een hoge ontkoppeling de doelstelling is kan je gebruik maken van een startup circuit !
Dit gebeurt bij oscillatoren die snel moeten starten, een kleine condensator aan de voedingsrails,
die tijdens het inschakelen de transiënten aan de versterker aanbied.

Ik zal eerst het schema moeten bekijken maar de zener zit daar verkeert en de elco ook is prima voor de versterker maar niet voor de oscillator !
Later meer.....

PS: ik zie dat @fred101 waarschijnlijk de zelfde truc uithaalt :P
Nog even kort dit, waarom bij laagfrequent oscillatoren die fenomeen heftiger is dan bij hoogfrequent oscillatoren :?
Voor mijn onderzoeken naar 1 / f ruis werk ik met oscillatoren ver onder de 1 Hz, om hier een redelijk common mode rejection te bereiken zal ik juist voor laagfrequent een goede onderdrukking willen bereiken.
Dit zit het oscilleer criterium in de weg, grote ontkoppel condensatoren op de voedingslijn dus weinig transiënten om te starten in het gwenste frequentie bereik......
Bij een hoogfrequent oscillator met de zelfde ontkoppeling is de capaciteit veel kleiner de band van interesse is veel hoger,
maar ook zo'n oscillator start op een lage frequentie.
De oscillatoren onder de 1 Hz vergen een aparte opstart techniek.....

Groet,
Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op 13 november 2021 11:15:05 (21%)]

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Honourable Member

Hi,

Iedere sinus generator met een lampje start bijna nooit goed op als je hem net op het randje hebt ingesteld onder verschillende condities die er op kunnen treden.
Dit op het randje instellen geeft je wel op dat moment de beste THD cijfers.
Deze simpele schakeling zal je met P1 zo moeten instellen dat hij vrij snel start, zodat hij dit ook doet als het b.v. winter of zomer is.

Simpel aanpassingen:
Vervang T2 door een BC517 als je die hebt liggen, dat is een TO92 Darlington, de belasting van de collectorweerstand van T1 wordt hierdoor heel laag en dat kan je vervorming ten goede komen.

T3 kan je goed instellen door R6 100K te nemen en een extra weerstand van de basis van T3 van 100K naar massa, dan staat T3 goed ingesteld.
Neem in serie met C4 een 47Ω weerstand op.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"

Ha Blackdog,

Zeker een goed punt maar ik denk dat het niets met het lampje vandoen heeft,
ook al is deze dynamische weerstand langzaam !
Elke oscillator waarvan de start conditie verkeert gedimensioneerd is zal moeite hebben,
om de steady state conditie te bereiken.

Verder is de oscillatie-opstartconditie gerelateerd aan:
aan het Barkhausen-criterium en dit is niet correct, het is maar een intuïtief resultaat.
Nyquist-stabiliteitscriterium laat zien dat de oscillatie opstartconditie,
niet waar is voor de conditioneel stabiele schakeling.

Het laat ook zien dat de bepaalde oscillatiefrequentie volgens het Barkhausen-criterium,
alleen de frequentie onder de ideale omstandigheden is.
In de praktijk is de frequentie van de oscillator niet alleen bepaald door de parameters van het filter,
maar ook door andere circuitparameters zoals lus versterking, aangezien de transiënten van een systeem
varieert met alle parameters van dat systeem !

Er is dan ook een wezenlijk verschil tussen de opstart conditie en de steady state conditie van een oscillator !
Tijdens het opstarten heeft de dynamische weerstand van het lampje nog geen invloed.
Daarbij komt dat het opstarten niet zomaar waarneembaar is het is een chaotisch proces.
Naarmate de amplitude aanzwelt zal de versterking terug geregeld worden,
dit betekend dat de frequentie veranderd ten opzichte van de volgens Barkhausen berekende Fo
Het is dus niet mogelijk om de oscilleer frequentie volgens Barkhausen te berekenen....
dit is wat @flash2b ondervindt de frequentie staat er iets naast !

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.
blackdog

Honourable Member

Ha die Henk,

Ik begrijp je wel. ;)

Heb veel ervaring gehad in de audio, zaalversterking, tuning van Equalizers enz, om voldoende microfoon versterking te krijgen.

Een bekende truc is dan om het tegen het rondzingen aan te zetten en dan proberen het systeem te triggeren, wat een klap in je handen kan zijn,
trommelen op het Katheder waar je achter staat enz, enz.

Die trigger geluiden zijn jouw chaos in de oscilatoren die je beschrijft.
Ook bij deze systemen zijn het gain, fase en tijd van de feedback die bepalen hoe sterk de feedback gaat optreden.
Bij kerken, concertzalen en theater zalen, heb je dan ook nog de eigenschappen die veranderen door het publiek,
dat b.v. er wel of niet is, of natuurlijk de demping van de gene en zijn kleding die achter het katheder/kansel staat te orakelen, noem dat maar eens geen chaos! *grin*

Die kleine shift in frequentie was mij ook al opgevallen bij mijn metingen die ik gedaan heb aan Wien generatoren,
maar ik denk dat bij flash2b zijn schakeling de componenten nauwkeurigheid dominant was.

Groet,
Bram

Waarheden zijn "Illusies waarvan men vergeten is dat het illusies zijn"
flash2b

Golden Member

Dank allemaal voor de gedetailleerde reacties, hier kan ik zeker mee verder. Het is een leuk meet object :)

Ha flash2b,

Het is zeker een leuk ontwerp maar ook het printje ik zie trouwens dat er al sokken om de draadjes zitten.
Het is moeilijk om een detail berekening te maken als ik niet de eigenschappen van het lampje weet !
Dan komt het neer op een benadering overigens nog even voor de duidelijkheid,
de 40 mA van het lampje is alleen zo gekozen dat de dynamische weerstand mooi lineair is in het gebruikte gebied.....
In de praktijk loop er misschien maar 4 mA doorheen !

Belangrijk voor het opstarten is de verhouding van de feedback weerstanden in het α pad,
dus in jou situatie de 330 Ω en de pot-meter weerstand combinatie.
Net als bij een Colpitts oscillator daar is ook de verhouding tussen de twee condensatoren van groot belang !

Maar omdat je de feedback veranderd wordt de oscillerende frequentie ook veranderd immers,
de amplitude is een van de twee parameters die de oscilleer frequentie bepaald !
Je heb dit opgelost door fine tuning van de componenten maar dat betekend dat je een versterking heb gekozen,
deze is misschien niet helemaal optimaal ( zie opmerking @Blackdog ) voor de vervorming het blijft een compromis...

Nog een laatste opmerking niet vergeten dat de opgewekte frequentie laag is 1 ms,
om over te gaan van een lineair proces ( gedempte trilling ) naar een niet lineair proces ( harmonische oscillator ) dat kost tijd.
Er zullen zeker 100 periodes nodig zijn dat betekend 0,1 seconde :D

Wijzigen lijkt mij niet nodig als je iets zou willen proberen zonder de print te beschadigen,
zou je de oscillator transistor direct op de voeding kunnen schakelen via een aparte stabilisator dus los van de eindversterker.....

Groet,
Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.