Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Аналітичний огляд генераторів коливань

RC-генератори гармонійних коливань

Для одержання гармонійних коливань низької й інфранизької частот (від декількох сотень кілогерців до часток герців) застосовують автогенератори, у яких як контури зворотних зв'язків використаються RC-чотириполюсники. Такі автогенератори одержали назву RC-автогенераторів. Застосування RC-чотириполюсників (рис.1.2) викликане тим, що LC-контури на таких частотах стають громіздкими, а такий електричний параметр, як добротність, нижче необхідних вимог.

а)

б)

в)

г)

Рисунок 1.2 - Частотно-залежні контури: а, б, - Г-подібні RC-контури; в - міст Віна; г - подвійний Т-подібний міст

У генераторах типу RC зворотний зв'язок здійснюється за рахунок RC-контурів, що володіють резонансними властивостями й забезпечують на одній певній частоті виконання обох умов (балансу амплітуди (1.1) та балансу фаз (1.2)) збудження коливань

За допомогою RC-автогенераторів можна одержувати коливання й високої частоти аж до 10 МГц. Однак переваги RC-автогенераторів проявляються саме на низьких й інфранизьких частотах. У цьому частотному діапазоні за рахунок застосування резисторів і конденсаторів RC-автогенератори мають більш високу стабільність, мають менші габарити, масу й вартість, ніж LC-автогенератори.

RC-автогенератор з Г-подібною RC-контуром зворотного зв'язку являє собою однокаскадний підсилювач, охоплений позитивним зворотним зв'язком (рис.1.3, а). Як відомо, в однокаскадному підсилювачі без зворотного зв'язку вхідна й вихідна напруги зрушені по фазі на 180°. Якщо вихідну напругу цього підсилювача подати на його вхід, то вийде 100% -вий негативний зворотний зв'язок. Для дотримання балансу фаз, тобто для введення позитивного зворотного зв'язку в підсилювачі, вихідну напругу, перш ніж подати її на вхід підсилювача, необхідно зсунути по фазі на 180°. Якщо вважати, що вхідний опір підсилювача дуже великий, а вихідний дуже малий, а цим умовам відповідають найбільшою мірою підсилювачі на польових транзисторах, то фазове зрушення на 180° можна здійснити за допомогою трьох однакових RC-ланок, кожне з яких змінює фазу на 60°. Розрахунки показують, що баланс фаз у ланці відбувається на частоті , а баланс амплітуд - при коефіцієнті підсилення підсилювача .

Якщо в автогенераторі, схема якого представлена на рис.1.3, а, поміняти місцями резистори й конденсатори (рис.1.3, б), то генерація автоколивань буде на частоті при коефіцієнті підсилення підсилювача .

a)

a)

в)

в)

Рисунок 1.3 - Схеми RC-автогенераторів з фазозсуваючим Г-подібним RC-контуром: а - однокаскадного; б - з Г-подібним RC-контуром зворотного зв'язку, у якому R й C поміняли місцями; в - двокаскадного

Відзначимо, що Г-подібні RC-контури іноді виконують із кількістю ланок більше трьох (найчастіше чотирьохконтурне). Збільшенням кількості ланок в автогенераторі (рис.1.3, а) можна підвищити частоту генерації; ще більшого збільшення частоти генерації можна домогтися при зміні місць резисторів і конденсаторів в RC-контурі того ж генератора. Для зміни частоти генерації в розглянутому генераторі необхідно змінювати одночасно або всі опори R, або всі ємності С. Зазначимо, що автогенератори з Г-подібними RC-контурами працюють звичайно на фіксованій частоті або в крайньому випадку у вузькому перелаштовуваному діапазоні.

Розглянутий RC-автогенератор має ряд недоліків:

  • 1) контур зворотного зв'язку сильно шунтує каскад підсилювача, внаслідок чого знижується коефіцієнт підсилення й порушується умова балансу амплітуд, тобто виникаючі коливання можуть бути нестійкими;
  • 2) генеруємі коливання мають значне перекручування форми, викликане тим, що умови самозбудження виконуються для гармонік із частотою, близької до , що можна пояснюється відсутністю строгої вибірковості до основної частоти Г-подібних RC-контурів.

Для зменшення шунтуючого впливу RC-контурів зворотного зв'язку вводять додатковий каскад - істоковий повторювач. Включення істокового повторювача (рис.1.3, в) дозволяє виконати умову балансу фаз й, в той же час, практично виключити влив контуру зворотного зв'язку на коефіцієнт підсилення підсилювача. Для покращення форми генеруючих коливань в автогенераторі, схеми яких зображені на рис.1.3, а, в, вводять НЗЗ, який здійснюється за допомогою резистора .

RC-автогенератор з мостом Віна складається із двох каскадів RC-підсилювача й контура зворотного зв'язку, що являє собою сам міст Віна (рис.1.4, а). Цей генератор зібраний на біполярних транзисторах. Міст Віна складається з резисторів , і конденсаторів , . На частоті , де R==, а С==., міст Віна має коефіцієнт передачі й нульовий кут зсуву фаз (рис.1.4, б). Двокаскадний підсилювач у широкому діапазоні частот, як відомо, обумовленому частотною й фазовою характеристиками, має постійний коефіцієнт підсилення набагато більше одиниці й кут зсуву фаз між вхідною й вихідною напругами, дорівнює нулю. Це дозволяє в смузі пропущення підсилювача підтримувати умови самозбудження автогенератора при регулюванні частоти коливань. При такому регулюванні треба змінювати або опор обох резисторів, або ємності обох конденсаторів моста Віна. Слід зазначити, що в порівнянні навіть із LC-автогенераторами, виконаними за схемою індуктивної трьохточки, розглянутий автогенератор забезпечує більш просту перебудову частот у більш широкому діапазоні їхньої зміни. Із цієї причини RC-автогенератор з мостом Віна частіше інших автогенераторів застосовують для одержання синусоїдальних коливань у діапазоні частот Гц.

a)

б)

Рисунок 1.4 - RC-автогенератор з мостом Віна: а - схема автогенератора; б - амплітудно-частотна й фазочастотна характеристики моста Віна

В автогенераторі з мостом Віна підсилювач повинен мати коефіцієнт підсилення . У двокаскадному підсилювачі, застосовуваному в цьому випадку, коефіцієнт підсилення звичайно значно більше трьох, а отже, форма синусоїдальних коливанні може бути сильно перекручена. Щоб уникнути цього вводять додатково негативний зворотний зв'язок, що істотно підвищує стабільність роботи автогенератора. НЗЗ подається за допомогою терморезистора і резистора . У випадку збільшення амплітуди вихідної напруги автогенератора за рахунок змін параметрів транзисторів, напруги живлення або інших причин струм через терморезистор зростає, а його опір зменшується. У результаті зростає спадання напруги на резисторі й коефіцієнт підсилення першого каскаду знижується, що призводить до зменшення амплітуди вихідної напруги автогенератора. На рис.1.5 зображена принципова схема RC-автогенератора з мостом Віна, в якій замість двокаскадного підсилювача включений операційний підсилювач. Робота його нічим не відрізняється від роботи автогенератора, виконаного за схемою рис.1.4, а. У такому генераторі міст Віна включають між вихідним виводом ОП і його входом, що не інвертує, чим досягається введення позитивного зворотного зв'язку. Резистори , й , які з'єднують вихід із входом, що інвертує, ОП, є контуром негативного зворотного зв'язку. Якщо резистори й визначають необхідний коефіцієнт підсилення підсилювача, то терморезистор стабілізує амплітуду й знижує нелінійні перекручування вихідної напруги (якщо взяти ОП типу 140УД7, опор змінних резисторів ==50 кОм, ємності конденсаторів ==С=3300 пФ, опори =8,2 кОм й =10 кОм, то автогенератор зможе генерувати синусоїдальні коливання в діапазоні від 1 до 10 кГц).

Схема RC-автогенератора з мостом Віна на операційному підсилювачі

Рисунок 1.5 - Схема RC-автогенератора з мостом Віна на операційному підсилювачі

генератор коливання гармонійне енергія

RC-автогенератор із симетричним подвійним Т-подібним мостом, схема якого наведена на рис.1.6, а, містить два каскади підсилювача (на транзисторах і ), емітерний повторювач (на транзисторі ), контур позитивного частотно-незалежного зворотного зв'язку (на резисторі ) і контур негативного зворотного зв'язку, що є симетричним подвійним Т-подібним мостом. Контур позитивного зворотного зв'язку включають між колектором підсилювача на транзисторі і базою емітерного повторювача, що забезпечує виконання умови балансу фаз. Таке включення створює кут зсуву фаз, рівний 180°, що є умовою виникнення негативного зворотного зв'язку.

а)

б)

Рисунок 1.6 - RC-автогенератор із симетричним подвійним Т-подібним мостом: а - схема автогенератора; б - амплітудно-частотна характеристика подвійного Т-подібного моста

При відключенні контуру негативного зворотного зв'язку в генераторі буде виконуватися умова балансу амплітуд для широкого частотного діапазону, обумовленого частотною характеристикою підсилювача, і виникнуть автоколивання, форма яких буде різко відрізнятися від синусоїдальної. При включенні подвійного Т-подібного моста у якості контуру негативного зворотного зв'язку умова балансу амплітуд буде виконуватися тільки для однієї частоти. Це пояснюється тим, що подвійний Т-подібний міст не пропускає гармонійну складову із частотою (рис.1.6, б), внаслідок чого умова балансу амплітуд буде виконуватися тільки для частоти , а для всіх інших частот коефіцієнт підсилення підсилювача знизиться й добуток буде менше одиниці. Регулювання частоти коливань автогенератора здійснюють зміною або опорів всіх резисторів, або ємностей всіх конденсаторів подвійного Т-подібного моста. У противному випадку порушаться вибірні властивості моста. У даній схемі частота генерації . Якщо включити подвійний Т-подібний міст у схему автогенератора без емітерного повторювача, то міст буде сильно шунтуватися підсилювачем й умови самозбудження порушаться.

За допомогою несиметричного подвійного Т-подібного моста можна створити автогенератор на одному каскаді (або на непарній кількості каскадів) з коефіцієнтом підсилення (рис.1.7). У такому автогенераторі подвійний Т-подібний міст включають як контур негативного зворотного зв'язку.

Схема RC-автогенератора з несиметричним подвійним Т-подібним мостом

Рисунок 1.7 - Схема RC-автогенератора з несиметричним подвійним Т-подібним мостом

При виконанні умов ==С, , ==R, кут зсуву фаз між вхідною й вихідною напругами моста складе 180° при коефіцієнті передачі .

Частота коливань в автогенераторі (рис.1.7) . Схема RC-автогенератора на операційному підсилювачі з подвійним Т-подібним мостом зображена на рис.1.8.

Схема RC-автогенератора на операційному підсилювачі з подвійним Т-подібним мостом

Рисунок 1.8 - Схема RC-автогенератора на операційному підсилювачі з подвійним Т-подібним мостом

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
Аналітичний огляд генераторів коливань