Stabilisierung einer Sinusschwingung

Moin!

Wie sieht denn die Schaltung von deinem Oszillator aus? Warum nimmst du zum daempfen keine Widerstands-Spannungsteiler? Die haben IMHO eine weniger relevante Temperaturdrift als OPVs.


Gruss,

Lasse

Hi,

das war meine Fehler. Das kam leider aus der Beschreibung nicht ganz raus, dass der Spannungsdrift am Oszillator entsteht und nicht durch die OPs.
In der Oszillatorschaltung ist zur Stabilsierung der Spannung eine Glühbirne enthalten. Ich habe schon alles mögliche versucht die Glühbirne zu ersetzen, aber dann funktioniert die Schaltung nicht mehr richtig.
Leider reagiert die Glühbirne nun auch auf thermische Einflüsse und dadurch kommen die Drifts zustande.

Ich habe im Moment auch nicht den genauen Aufbau hier und weiß auch noch nicht, wie man hier Bilder einbindet.


Gruß
Client

Die Bilder musst du woanders hochladen, z.B. bei imageshack.us.

Die Gluehlampe wird wohl als PTC dienen, aus eben diesem Grunde...

Das Schaltbild von dem Oszillator hätte ich erst am Montag.
Leider ist der Einfluß auf die Spannung zu stark. Ich habe es bereits mit anderen Glühbirnen versucht oder mit PTCs, aber das hat alles nicht funktioniert.
Da das Signal am Oszillator groß genug ist, hatte ich eben gedacht, dass man dahinter die Spannung regeln kann. Man muss sie ja nicht mehr verstärken, womit wieder der Distortionwert verschlechtert wird.


Gruß
Client

Vielleicht kannst du den Sinus gleichrichten und mit einer temperaturkompensierten Referenzspannung vergleichen. Dass dann an den Ausgangs-OPVs als Regelung benutzen.

Ich habe eine Seite gefunden, wo der prinzipielle Schaltungsaufbau meines Oszillators ist.

http://sound.westhost.com/project22.htm

Prinzipiell ist der Oszillator nach der Figure1 aufgebaut und um die in Figure2 Lampen-Stabilisierung erweitert.
Wobei ich den 470uF Kodensator nicht im Lampenzweig habe. Welche Funktion hat der denn??



Gruß
Client

Thermostat

Die Lösung aller Probleme.
Baue deine Lampe (oder den ganzen Generator) in ein separates kleines Blech Gehäuse und da einen Temperaturfühler rein und einen Heizwiderstand außen ans Gehäuse und dann hältst Du alles mit einen Thermostaten auf konstante Temperratur.

Wennn Du statt des Tranistors im Oszillator einen AD797 OPV nimmst, dürfte der Klirr übrigens noch sinken.

Der 470µ sperrt Gleicgstrom durch die Lampe, Wenn der Arbeitspunkt des Transis thermisch bedingt schwankt, schwankt bei Dir wahrscheinlich der durch die Lampe fließende Gelcihstrom. Folge : Temperaturänderung des Glühfadens; Pegelschwankung

Vielleicht reicht auch schon das Einfügen diese Kondensators, um für hinreichende Pegelkonstanz zu sorgen.

Hi,

mein Oszillator ist mit dem OP275 aufgebaut. Hatte ja geschrieben, wie in Figure1.
Die Spannungsschwankungen kommen definitiv durch die Lampe, wenn die Temperatur sich ändert. Extremer Fall ist, wenn ich z.B. mit dem Finger auf die Lampe drücke, fällt die Spannung des Oszillators um ca.0,1V ab. Müsste ich mal probieren mit dem Kondensator.
Ich habe gestern auch noch weitere Beispiele gefunden, wo sie im Rückkopplungszweig zum Widerstand zwei Dioden entgegengesetzt in Reihe schalten, Damit soll die Spannung angeblich auch stabilisiert werden.

http://www.discovercircuits.com/Andy/WienBridgeOscillator1.pdf



Gruß
Client

Hallo, sehr hilfreich in solchen Dingen sind die "Linear Application Handbook(s) Volume I bis Volume III". Die solltest Du Dir kostenfrei zusenden lassen, von Linear selbst über die Homepage, oder einen Distributor. Bis dahin helfen Dir vielleicht die AN5 und AN43, die man von der Webseite herunterladen kann. Dein erreichter Klirrfaktor klingt sehr beeindruckend!
Gruß, Timo

Vergiss das ganz schnell. Das Klirrt dann mächtig.
Besser als mit einer Lampe (auch wenn das immer so komisch aussieht) ist das nicht zu schaffen.
Alternative nur aktive Gleichrichtung; Vergleich mit einer Referenzspannung und Ansteuerung eines selbstgbauten Optokopplers mit einen Fotowiderstand als Empfänger. Dieser Fotowiderstand ersetzt dann die Lampe.

Hast Du den die Lampe wenigstens umhüllt, um sie gegenüber der Umgebungsluft thermisch abzuschirmen ? z.B. in Silkon einhüllen

@ultraschall

Wen meintest du denn mit vergiss das ganz schnell?
Meinst du den Link, den ich eingefügt?

Ich hatte mir noch mal die Version mit dem Kondensator durch den Kopf gehen lassen. Der würde aber doch nur kurze Schwankungen neutralisieren, oder? Bei meinem Einsatz fällt die Spannung z.B. über mehrere Wochen ab.
Die Lampe habe ich nicht umhüllt. Ist Silikon ein guter Isolierstoff?


Gruß
Client

Das habe ich gerade noch gefunden.
Was meinst du denn zu der Schaltung auf Seite 14 Figure12?

http://engr.calvin.e...outs/oscillators.pdf


Gruß
Client

Der Diodenstabilisierte Oszilator klirrt relativ stark, dehalb sollst Du ihn vergessen.

Wenn Du die Schaltung statt mit einen Transi mit OPV aufgebaut hast und mit positiver und negativer Speisespannuung, dürfte der 470µ nichts ausmachen. Ich ging bei meiner damaligen Antwort davon aus, das Du ihn so wie im Schaltbild aufgebaut hast. Httest ruhig gleich einen Satz mehr schreiben können, nicht so schreibfaul sein, spart Zeit.
Auch deine genauen Ansprüche sind mir noch immer unbekannt, deshalb ist das mit den TI-Link auch so eine Sache. Du sagst nicht genau, was Du willst, willst aber wissen, ob es gut für deien Zwecke ist.-Schwierig zu antworten-logisch.

Für Messzwecke, das beste ist dann ein Fotowiderstand-Lampe-Integrator-Pegelvergleich-aktive Gleichrichtung.

Die FET-Lösung kannst du ja probieren, ich glaube sie wird deutlich mehr klirren, als die jetzige (steht ja drin 0,2%-was willst du damit messen?), aber weniger als die mit zwei Dioden.

Silikon ist kein guter Wärmeisolator, hält aber kurzfristige Temperaturschwankungen ganz gut von der Lampe ab.

Hi,

da hast du natürlich vollkommen Recht. Die Angaben sind immer nur Stückchenweise heraus gekommen.

Die Aufgabe war einen Audio-Genrator zu entwerfen, der als Quelle für Audiomessungen an bestimmten Geräten verwendet wird.
Der Generator soll bei 1000Hz +6dB/-6dB/-10dB und bei 400Hz +6dB liefern. Für jeden Pegel beider Frequenzen sollen jeweils 5 Ausgänge vorhanden sein, also ingesamt 20 Ausgänge. Weiterhin soll THD+N <0,01% sein und eine Frequenz- und Spannungsstabilität vorhanden sein.

Aufgebaut ist der Genrator im Moment folgendermaßen: es sind zwei Oszillatoren mit 400Hz/1000Hz vorhanden. Die Oszillatoren sind WienBridgeOscillator mit einem Ausgangspegel von ca.8V effektiv und THD+N ca.0,0008%.
Die Ausgänge der Oszillatoren gehen auf invertierende Op's wodurch der Pegel eingestellt wird. Dahinter sind weitere OP, die nur zur Entkopplung dienen. An den 20 Ausgängen habe ich dann den entsprechenden Pegel mit THD+N von 0,001-0,005% (abhängig vom Pegel).
Der Generator funktioniert auf diese Weise gut, das Problem ist nur der Temperaturdrift der Spannung. Die Spannung fällt über Wochen immer weiter ab, durch Temperaturschwankungen und wahrscheinlich durch Alterung der Lampe, da die Temperatur nicht immer weiter ansteigt, aber die Spannung immer weiter fällt. Der Generator läuft 24Stunden durch.

Ich hoffe ich habe jetzt nichts vergessen. Das Problem ist immer, dass wenn man die Situation kennt einige Dinge einem nicht wichtig vorkommen.


Gruß
Client

Ultraschall schrieb:

Für Messzwecke, das beste ist dann ein Fotowiderstand-Lampe-Integrator-Pegelvergleich-aktive Gleichrichtung.

Alterung der Lampe - sie sollte schon deutlich unter ihrer Nennspannung betrieben werden, dann dürfte das kein Problem sein. Aber über Monate Tag und Nacht laufend ? Wirst wohl doch am besten den oben erwähnten Aufwand betrieben müssen.

Oder hast Du es schon mal mit anderen Lampentypen oder z.B. einen Kaltleiter probiert, den als das wird die Lampe ja einegesetzt, als Kaltleiter (Deshalb auch der Thermostatvorschlag). Die sind aber schwerer zu kriegen als Heißleiter, zumindestens in der Werteauswahl.

Hi,

das Problem ist, was ich auch am Anfang dachte, die Lampe leuchtet oder glimmt ja gar nicht. Der Glühfaden scheint eine besondere Eigenschaft zu haben, den du mit keinem anderen Element hinbekommst. Da wäre ich auch bei dem Kaltleiter, das habe ich auch schon probiert. Da ist mir aber ab einem bestimmten Punkt immer die Spannung (oder das Schwingverhalten) des Oszillators zusammen gebrochen.

Ich werde morgen es noch einmal mit einem Heizwiderstand probieren. Diese Variante hatte ich auch schon probiert. Das hat allerdings auch nicht richtig funktioniert, denn der Widerstand selbst und die Luft in dem aufgeheizten Gehäuse haben die Temperaturdifferenz der Umgebungstemperatur mit aufgenommen.
Kannst du mir bitte eine genauere Beschreibung für deine "Fotowiderstand-Lampe-Integrator-Pegelvergleich-aktive Gleichrichtung" geben?? Ich kann mir im Moment das noch nicht richtig vorstellen, wie du das meinst. Eventuell vielleicht eine kleine Skizze, das wäre nett, wenn es nicht zu viel Umständer macht.


Gruß
Client

Hallo,

meiner Meinung nach ist eine absolute Amplitudenstabilität mit so einer klassischen Lampenstabilisierten Wienbrücke nicht gerade der unkomplizierteste Weg. Ich weiss jetzt wohl nicht über welche Amplitudentoleranz (in %) wir hier sprechen.

Sinnvoller und in allen belangen stabiler, sowie viel einfacher realisierbar ist die digitale Signalerzeugung über einen Quarzoszillator (ggf. mit Ofen) , sowie entsprechender Teiler auf 1K und 400 Hz.
Dann mit einem mehrstufigen Filter nur noch die Grundwelle aus dem (sym) Rechteck ausfiltern und den pegel nach Wunsch verstärken und/oder eben dämpfen.
Damit sind Klirrdämpfungen von bis zu -100 dB möglich, und die Amplitudenkonstanz macht keine derartigen probleme.

Diese Schaltung habe ich vor vielen Jahren mal zur Klirrfaktormessung in Verbindung mit einer analogen Messbrücke eingesetzt. Bei einer Empfindlichkeit von -80dB des Messgerätes war diese Schaltung absolut genügend.

Ein Vorschlag, der in deinem bisherigen Aufbaustadium vielleicht nicht (mehr) hilfreich ist. Wollte es aber dennoch schreiben.

PS: Bist du eigentlich "sicher", dass deine Wienbrücke 0,0008% THD+N erreicht? Die Amplitudeninstabilität geht nämlich als lineare Verzerrung in die Messung mit ein.
Es ist halt eine Frage der Größenordnung des Amplitudendrifts.

Hallo,
so, wie von scope beschrieben, habe ich auch schon Quellen realisiert. Das funktioniert tatsächlich ganz gut. Allerdings ist die Amplitudenkonstanz der Ausgangsspannung auch merklich von der Frequenzkonstanz der nachzuschaltenden Filter abhängig. Und diese wiederum von der Bauelementedrift der Widerstände und Kondensatoren.

Außerdem sollte man bei Verwendung aktiver Filter unbedingt die Grenzfrequenz _und_ Verstärkung der Verstärker (OPA?) großzügig dimensionieren, da handelt man sich leicht Nichtlinearitäten durch z.B. mangelnde slew rate ein. LT hat irgendwo auch einen Vorschlag mit sogenannten Super-Gain-Blocks, jeweils mit mehreren lokal kompensierten/gegengekoppelten OPAs, veröffentlicht. Bei Höchstforderungen würde auch ich mit der Notwendigkeit eines Thermostats rechnen, wie von Lothar bereits vorgeschlagen.
Gruß, Timo

Ich kenne verschiedene (ältere) Generatoren mit Wienbrücke und Lampe, die aber alle über eine Anzeige-Einheit verfügten, um den Pegel jeweils entsprechend nachzugleichen. Es ist also nicht ganz so einfach, die Spannungsstabilität hin zu bekommen.
Die Alternative ist die Verwendung eines FET als Regelglied, wie Du ja auch ein Beispiel verlinkt hast. Da habe ich verschiedene Geräte gebaut. Erste Voraussetzung ist, dass die ganze Schaltung einen geringen Temperaturgang hat. Somit kann man die Verstärkung so einstellen, dass der FET nur eine geringe Verstärkungsänderung bewirken muss. Denn ein FET klirrt extrem. Je kleiner seine zu regelnde Spannung ist, umso kleiner ist der Klirr. Und wenn er nur 2% der Verstärkung verändern muss, kommt man auf kleinere Verzerrungen (a kleinere Spannung am FET, B prozentual kleinerer Einfluss). Weiter kann man dem FET einen Teil der Signalspannung zuführen und so den Klirr kompensieren.
Mit einer solchen Schaltung habe ich den Klirr auch in die genannte Grössenordnung gebracht (ebenfalls Festfrequenz per Phasenschieber) und die Spannung war auch relativ stabil, wobei die Spitzenwertgleichrichtung (temperaturkompensiert) zusätzlich noch mit einem Integrator versehen wurde, um die Langzeitstabilität zu verbessern. Allerdings müsste man die Regelsignal-Aufbereitung noch weiter perfektionieren, um die Stabilität weiter zu verbessern. Je nach Umgebungstemperatur gab es eine recht grosse Drift.

Eine weitere Schaltung (war durchstimmbar von 20 Hz bis 20 kHz) arbeitete mit zwei Allpässen plus Inverter, zeigte aber bei der FET-Regelung ebenfalls Probleme, weil die Ansprech- und Abfallzeit mit der Frequenz hätte angepasst werden müssen. Ebenfalls war der Klirr nicht ganz optimal, weil die Regelung einen etwas grösseren Bereich bearbeiten musste und die FET-Gegenkopplung ebenfalsl frequenzabhängig ausgeführt werden müsste (mir fehlte einfach die Zeit, um die Schaltungen zu perfektionieren).

Es ist also nicht ganz einfach, sowas auf die Beine zu bekommen.
Wie wärs digital? Die Samples in ein EPROM, auslesen, DA-Wandler?

Hallo,

was m.E. interessant wäre: Welcher Amplitudendrift in % wird bei diesem Projekt überhaupt als Grenzwert zwischen gut und Böse angestrebt?

Die Filter meines Generatords habe ich mit eher handelsüblichen Bauteilen in den Filtern hergestellt, und habe einen störenden A-Drift bei Verzerrungsmessungen über einen Zeitraum von 2 bis 3 Stunden nicht als störend wahrgenommen. Nach 2 Stunden kann man davon ausgehen, dass die Schaltung sich thermisch weitgehend stabilisiert hat....
Abends habe ich nämlich immer alles abgeschaltet.....Das hat sich übrigens nicht geändert

THD unter 0,01 war doch die Forderung? Mit einfachen Mitteln sollte das mit der Filterlösung machbar sein.
ich erreichte bei 1KHz kleinere Werte. Wie klein genau wusste damals noch nicht, da unter -80dB nichts mehr angezeigt wurde....Ist auch schon über 15 Jahre her.

Client schrieb:

Hi, .... Eventuell vielleicht eine kleine Skizze, das wäre nett, wenn es nicht zu viel Umständer macht. Gruß Client

Sorry Client, aber wenn man sich das richtig gut durchdenkt, sitzt man da bestimmt zwei Tage dran. Ist mir doch im Moment einfach ein bißchen lang.
Man könnte statt des Optokopplers eventuell auch einen Heißleiter nehmen, der über eine entsprechende Regelschaltung und einen umwickelten Heizdraht bzw. Heizwiderstand thermisch angesteuert wird.

Ansonsten ist das was richi über FET-Einsatz schreibt so eventuell auch ein guter Weg. Du mußt einfach anfangen dir so eine Schaltung mal auf ein Experimentierboard aufzubauen und zu sehen wieweit man kommt. Eventuell -weiß aber nicht, ob das so stimmt, weil es die früher bei der Erfindung dieser FET-Regelung so nicht gab- mal mit einen Powerfet in der Regelung probieren. Ich könnte mir vorstellen, das die den K ganz gut tun.

Hallo,

erst einmal vielen Dank an alle hier für die schnellen Antworten. Ich werde mir mal über die ganzen Vorschläge Gedanken machen.

@scope: Die THD+N-Werte wurden anhand Rohde&Schwarz, Panasonic AudioAnalyzer und NI-Messkarten überprüft. Bei optimalen Bauteilen erreicht man sogar noch kleinere Werte. Das mit dem Stadium hast du schon gut erkannt. Es gibt mittlerweile mehrere von den Generatoren.
Als Stabilität wurden 5% Abweichung vorgegeben, also bei 2V effektiv +-0,1V. Dieser Wert wird aber leider bei längerem Einsatz teilweise auch überschritten.
Und ich denke mal, dass ihr euch auch nicht mit 0,1V zufrieden geben würdet, wenn man schon so einen Generator aufbaut. Da bin ich vielleicht dann auch bisschen zu ehrgeizig....
Eine weitere Variante wollte ich noch versuche, indem die Lampe in einem Quarzofen betrieben wird, um die Temperatur stbail zu halten. Dafür müsste ich aber wahrscheinlich die Spannungsversorgung neu dimensionieren, da ich nicht mehr so viel Power zu Verfügung habe...
Werde mir also die ganzen Vorschläge erstmal durch den Kopf gehen lassen...



Gruß
Client