Generatory z mostkiem Wiena (1)

W trzyczęściowym artykule opisane są nadal atrakcyjne i bardzo pożyteczne generatory analogowe z mostkiem Wiena. Część pierwsza przedstawia podstawowe informacje i proste rozwiązania, druga pokazuje historię i rozwiązania trudniejsze, a trzecia przeznaczona jest głównie dla eksperymentatorów.

Dziś dominuje technika cyfrowa, ale nadal najlepsze generatory sinusoidalne realizowane są w sposób analogowy. Dawniej w laboratoriach, pracowniach i w warsztatach elektronicznych używano generatorów pracujących na różnych zasadach. Dziś dominują generatory wykorzystujące bezpośrednią syntezę cyfrową (DDS). Faktem jest, że ich możliwości są coraz lepsze, a ceny coraz niższe. Jednak w niektórych zastosowaniach nadal potrzebne są inne generatory. Na przykład impulsów o bardzo stromych zboczach. Innym przykładem są generatory jak najbardziej czystego „sinusa”, czyli przebiegu sinusoidalnego o jak najmniejszych zniekształceniach harmonicznych (THD). Najmniejszych, czyli jakich? Dobre generatory DDS dają „sinus” o zawartości harmonicznych rzędu –60dB, czyli 0,1%. Jeśli to nie wystarczy, potrzebny jest inny generator. Dobre komputerowe karty audio mogą wytwarzać przebiegi dużo czystsze, ale są kosztowne i mają też swoje wady. Dlatego nadal w niektórych zastosowaniach potrzebne są analogowe generatory „czystego sinusa” o zawartości harmonicznych rzędu jednego „pipiema”: 1 ppm = 0,0001%, czyli –120 decybeli, a nawet mniej.

Komu naprawdę są potrzebne takie generatory?

To interesujące, że nadal jest sporo osób, którym taki generator o ultraniskich zniekształceniach THD potrzebny jest „dla miecia”. Chcą oni taki generator samodzielnie zbudować i mieć tylko dla własnej ogromnej satysfakcji. Właśnie samodzielnie zbudować, a nie kupić, bo tu kluczowe znaczenie ma walka o jak najmniejsze zniekształcenia. Dość łatwo się przekonać, że poziom zniekształceń wyznacza głównie użyty element aktywny, czyli w praktyce wzmacniacz operacyjny. To może być interesująca „sztuka dla sztuki” i forma specyficznych zawodów sportowych. Ale niekoniecznie!

Są osoby, które znają się na elektronice i chcą sprawdzać „skrajne” parametry różnych układów, a jeszcze bardziej elementów elektronicznych. W szczególności sprawdzać liniowość, czyli badać jakie zniekształcenia mogą wprowadzać różne odmiany wzmacniaczy operacyjnych, kondensatorów i rezystorów przy różnych częstotliwościach i amplitudach sygnału. Tak, nie tylko zniekształcenia wzmacniaczy, ale też zniekształcenia wprowadzane choćby przez kondensatory i rezystory, które też idealne nie są i nie do końca spełniają prawo Ohma!

„Bardzo czysty sinus” potrzebny jest miłośnikom techniki audio do sprawdzania parametrów sprzętu. To wcale nie są fanaberie pseudoaudiofilów, tylko interesujące, pożyteczne i wartościowe testy, do których potrzebne jest źródło sygnału sinusoidalnego o naprawdę znakomitej czystości, czyli o skrajnie małych zniekształceniach.

Faktem jest, że „czyste” przebiegi można dziś wytworzyć „cyfrowo”, choćby za pomocą komputerowych kart dźwiękowych. Tak, ale dobry analogowy generator „sinusa” jest potrzebny między innymi właśnie do sprawdzania parametrów takich kart, w szczególności zawartych w nich przetworników ADC. Dlatego naprawdę warto zainteresować się analogowymi generatorami „czystego sinusa”, w szczególności wersjami z mostkiem Wiena.

Oczywiście pojawia się podstawowe pytanie…

Jak mierzyć skrajnie małe zniekształcenia?

Nieliniowość objawia się przede wszystkim pojawieniem w sygnale składników o częstotliwościach harmonicznych. Jeżeli są to przebiegi z zakresu częstotliwości akustycznych, a nie sygnały w.cz., to akurat dziś możliwy jest pomiar tych harmonicznych także w warunkach amatorskich i nie trzeba mieć horrendalnie drogiego sprzętu pomiarowego kosztującego tysiące dolarów. Jesteśmy w dobrej sytuacji, ponieważ dostępne są niedrogie, komputerowe karty dźwiękowe, zawierające 24-, a nawet 32-bitowe przetworniki ADC. Takie karty komputerowe mogą z powodzeniem pracować w roli sprzętu pomiarowego, a konkretnie jako analizatory widma o dynamice rzędu 120, a nawet więcej decybeli. I właśnie na fotografii tytułowej przedstawiony jest pomiar zawartości harmonicznych zaskakująco prostego generatora przebiegu sinusoidalnego, za pomocą kosztującej około 300 złotych karty Behringer UMC202HD (i prostej przystawki).

Natomiast rysunek 1 pokazuje pomiar zawartości widmowej sygnału innego egzemplarza takiego generatora, ale za pomocą dużo lepszej karty z 32-bitowym przetwornikiem ADC.

Generator opisany jest w artykule Eksperymentalny generator przebiegu sinusoidalnego. Aby jednak taki generator zrealizować, warto mieć trochę więcej wiedzy na temat analogowych generatorów. Naprawdę warto!
(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się we wrześniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 9/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 9/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.