RС-генераторы

Задающий генератор чаще всего представляет собой двухкаскадный усилитель на резисторах с положительной обратной связью (рис. 4,а ). Последняя осуществляется по­средством делителя, у которого одно плечо образовано последо­вательным (Z₁), а другое парал­лельным (Z₂) включением рези­стора Rи конденсатора С. Схема генерирует напряжение синусоидальной формы при вы­полнении условия гармонического баланса Kβ =1 или Kβ exp[j(φ + Ψ),

где К = Kexp(j φ) — комплексный коэффициент передачи усилите­ля - В = Вехр(j Ψ) — комплексный коэффициент передачи цепи об­ратной связи. Это условие, как известно, распадается на два: условие баланса амплитуд Kβ =1;

условие баланса фаз (φ + Ψ) = 2πn (n = 0, 1, 2, 3,...). В рассматриваемой схеме условие баланса фаз выполняется на одной частоте. Определим ее. Так как схема RС- генератора строится на основе двухкаскадного усилителя на резисторах, для которого φ =2π, то K — величина вещественная. Следовательно, и коэффициент β должен быть вещественным. Из рис. 11.4,а видно, что β представляет собой отношение β = Z₂/(Z₁ + Z₂). Подстановка величин Z₁ = R₁ + l/(jωR₁C₁) и Z₂ = (R₂ + jωR₂C₂)в β после несложных преобразований с учетом того, что R₁ = R₂ = Rи C₁ = C₂ = C, приводит к выражению β =1/[3 + j (ωRC + 1/(ωRС)]. Величина β становится вещественной, когда второе слагаемое знаменателя обращается в нуль. Это условие выполняется только на одной частоте: f₀ = 1/2πRС, которая и является частотой синусоидального напряжения ре­генератора. Тогда β = 1/3. Изменение частоты, при которой получается баланс фаз, достигается изменением значений Rи С элементов делителя. По­этому цепь положительной обратной связи - делитель часто называют фазирующей цепью. Термистор – (нелинейный резистор с отрицательным температурным коэф­фициентом.) в рассматриваемой схеме действует как инерционная нелинейность. Это означает, что сопротивление термистора зависит не от мгновенного значения тока или напряжения, а пропорционально средней за нсколько периодов амплитуде. Подобные нелинейности называют инерционными.

Рис. 4 Схема RC - генератора

Усилитель RС - генератора ставят в такой режим, при котором его характеристика как можно лучше приближается к линейной, а обязательную для автогенератора нелинейность получают вве­дением термистора в цепь обратной связи. Так как сопротивле­ние термистора в течение одного периода генерируемого напряже­ния сохраняется постоянным, то форма напряжения генератора практически синусоидальна (коэффициент гармоник не превыша­ет десятых долей процента). Частоту генерируемого напряжения регулируют изменением сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов фазирую­щей цепи (рис. 4,6). С помощью переключателя одновременно меняют резисторы в последовательном и параллельном участках цепи (R'₁ и R'₂, R"₁ и R"₂ и т. д.). Обычно пары сопротивлений резисторов выбирают так, чтобы переход к каждой последующей паре изменял частоту в 10 раз. Следовательно, ступенчатым изме­нением значений Rвесь диапазон частот разбивается на несколь­ко поддиапазонов. Конденсаторы переменной емкости С₁и С₂служат для плавной установки частоты внутри поддиапазона. Подстройка (расстройка) частоты в небольших пределах произ­водится с помощью переменного резистора малого сопротивления (на схеме рис. 4,6 - резистор R_д). На выходе генератора вклю­чен потенциометр плавной регулировки уровня выходного напря­жения. В малогабаритных приборах плавная регулировка достигается изменением резисторов, а изменение диапазонов частот - переключением конденсаторов

В измерительной технике наиболее распространены генераторы звукового диапазона частот, выполненные, как правило, по схемам RС - генераторов (рис. 5). Задающий генератор состоит из усилителя и четырехполюсника R₁, С₁, R₂, С₂, через который осуществляется обратная связь. Для получения устойчивой генерации на определенной частоте нужно, чтобы сумма фазовых сдвигов усилителя и четырех­полюсника равнялась 2 πn, (n = 0, 1, 2,...) и коэффициент усиления усилителя Кявлялся величиной, обратной коэффициенту передачи четырехполюсника (β). Эти условия можно записать так Kβ = l или

Kβ = l,

φ + Ψ = 2πn

где φ и Ψ - фазовые сдвиги усилителя и четырехполюсника. Цепь положительной обратной связи R_l, C_l, R₂, С₂не может осуществить сдвиг более 90°, поэтому для усилителя принимают φ = 2π и К = К.

Коэффициент передачи цепи положительной обратной связи

β₊ = Z₂/(Z_l + Z₂),

где Z₁=R₁ + l/jωR₁C₁, a Z₂ = R₂ + l/jωR₂C₂. Обычно принимают R_l = R₂ = Rи С₁С₂ = С. Тогда

β₊ =

Чтобы коэффициент обратной связи был вещественным, необходимо сделать знаменатель мнимым, т. е. ώ²С²R² = 1. При этом ώ =1/СR, а β₊ = 1/3.

Таким образом, для получения устойчивой генерации усили­тель может иметь коэффициент усиления, равный трем, если не учитывать отрицательной обратной связи (R₃, R₄). При введении отрицательной обратной связи необходимо соответст­венно увеличивать коэффициент усиления усилителя.

Отрицательная обратная связь повышает стабильность коэф­фициента усиления, и тем самым уменьшается зависимость частоты генератора от свойств усилителя. В цепь отрицательной обратной связи включается также термосопротивление (R₃), которое ограничивает амплитуду колебаний генератора. При увеличении напряжения на выходе усилителя возрастает ток, протекающий по R₃, и увеличивается глубина обратной связи, что приводит к снижению выходного напряжения. Таким образом, устанавливается заданная амплитуда колебаний.

Рис. 5. Функциональная схема RС - генератора:

1 - усилитель напряжения; 2 - входной усили­тель; 3 - выходное устройство

Для получения неискаженной формы кривой выходного сигна­ла усилитель должен работать в линейном режиме при малых амплитудах колебаний. В RC-генераторах практически отсутствует фильтрация высших гармоник, так как нагрузка усилителя (четырехполюсник) имеет малую добротность.

Различаются RС-генераторы с инвертирующим и неинвертирую­щим усилителями. Инвертирующий усилитель вносит фазовый сдвиг φ_к = π. Пoэтому фазосдвигающая RС-цепь ОС на частоте генерируемых колебаний также должна вносить фазовый сдвиг φ_х = ± π_χ.

Рис. 6,а Рис. 6,в

Пример такого генератора с трехзвенной RС-цепью показан на рис. 6, а. Передаточная функция цепи обратной связи

χ (ω) = ,

где τ = RC. При фазовом сдвиге φ_х(ω_Г) = - π частота генерации ω_Г = 1/(√6) RC

На этой частоте модуль функции χ (ω_Г) = 1/29, поэтому для само­возбуждения необходим усилитель с коэффициентом усиления K_U > 29. Если используют четыре RС - звена, то нужен усилитель с K_U >18,4, пять RС-звеньев - K_U >15,4, шесть - K_U >14,1. Недостаток RС - генератора на инвертирующем усилителе - боль­шое число (не менее 6) элементов в цепи ОС, поэтому чаще при­меняют RС - генераторы с неинвертирующим усилителем. Цепь обратной связи генератора с неинвертирующим усили­телем на частоте генерируемых колебаний не должна вносить фазового сдвига [φ_к(ω_Г) = 0 и φ_х(ω_Г) = 0]. Здесь уместно отметить, что φ_х = 0 только на одной частоте ω_Г. Если бы это условие выполнялось на нескольких частотах, то при выполнении баланса амплитуд генератор стал бы генерировать негармонические коле­бания, состоящие из суммы гармонических.

Распространена схема RС-генератора с так называемым мостом Вина (рис. 6,б). Передаточная функция цепи обратной связи моста Вина χ(ω) = 1/3 + j [ωRC – 1/(ωRC)]. Фазовый сдвиг φ_х = 0 получается на частоте ω = 1/(RC).

На этой частоте модуль функции χ((ω_г) = 1/3, поэтому условие сомовозбуждения генератора выполнено и коэффициент усиления усилителя К_и> 3.

В современных RС-генераторах часто применяют операцион­ные усилители, коэффициент усиления которых значительно больше трех. Для уменьшения коэффициента усиления используют отри­цательную обратную связь. Эту же ОС используют и для дина­мического управления коэффициентом усиления, обеспечивающего выполнение баланса амплитуд без захода на нелинейные участки проходной вольт-амперной характеристики усилителя. Oтмтим, что в RС-генераторах работа усилительного элемента на нелиней­ном участке вольт-амперной характеристики создает неустранимые нелинейные искажения.

Рис. 7

На рис. 7 показана схема RС-генератора на операционном усилителе. На неинвертирующий вход усилителя через мост Вина подается напряжение частотно-зависимой положительной ОС. На инвертирующий вход через делитель R_l, R₂подается напряжение частотно-независимой отрицательной ОС. Резистор R₂ шунтирован сопротивлением канала полевого транзистора VT1. Сопротивление канала управляется напряжением затвора, равным выпрямленному напряжению с выхода генератора. Когда колебаний нет, напряжение на затворе равно нулю, сопротивление канала мало. При этом глубина отрицательной ОС минимальная, а коэффициент усиления усилителя максимальный. При росте амплитуды колебаний напряжение на выходе выпрями­теля растет и запирает канал. Вследствие этого увеличивается глубина ОС и уменьшается коэффициент усиления до тех пор, пока не будет достигнут баланс амплитуд.

Перестройка RС-генератора выполняется с помощью сдвоенного переменного резистора, одновременно изменяющего величины обоих резисторов моста Вина. Минимальная частота ограничивается конструктивно допустимыми максимальными емкостями и макси­мальными сопротивлениями R, при которых они остаются еще значительно меньше входного сопротивления усилителя. Макси­мальная частота ограничивается паразитными емкостями и мини­мальными сопротивлениями, при которых усилитель способен обеспечить нужный коэффициент усиления.

2. СТАБИЛИЗАЦИЯ И РЕГУЛИРОВКА АМПЛИТУДЫ ВЫХОДНОГО

НАПРЯЖЕНИЯ

Для того чтобы амплитуда сигналов на выхо­де генератора синусоидальных колебаний оставалась по­стоянной, в схеме необходима строго регулируемая ОС. Однако в ряде случаев это значительно усложняет схе­му генератора.

Обычно для стабилизации амплитуды сигнала на вы­ходе генератора применяются нелинейные элементы: диоды, стабилитроны, лампы накаливания, терморезис­торы, полевые транзисторы и др. Одна из наиболее простых схем стабилизации показана на рис. 8.

Рис. 8.Генератор си­нусоидальных колебаний со стабилизацией ампли­туды выходного напря­жения терморезистором

В ней использован делитель напряжения, включенный в цепь положительной ОС усилителя и состоящий из постоян­ного резистора R4и терморезистора R _т с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления. Термо­резистор стабилизирует цепь ОС: если напряжение на выходе ОУ возрастает, сопротивление терморезистора падает и обратная связь уменьшается, и наоборот. Ре­зисторы R1 и R2в цепи отрицательной ОС предотвра­щают искажение выходного сигнала, не позволяя ампли­туде возрастать слишком сильно. В результате напряже­ние на выходе схемы остается постоянным даже при изменении частоты генерации (замене элементов R3или С).

Напряжение источника пита­ния может изменяться от ± 5 до ± 18 В. Амплитуда выходного сиг­нала задается сопротивлением R2; во избежание искажений она должна быть значительно меньше U_n. Частота генерации в схеме с указанными номиналами эле­ментов равна 2 кГц. Типовое зна­чение амплитуды напряжения выходного синусоидального сигнала при E_п = ±10 В равно 5 В.

Известно [5], что одним из наиболее простых прин­ципов реализации генераторов синусоидальных колеба­ний является использование в цепи положительной ОС усилителя моста Вина. Однако такие генераторы, как правило, требуют дополнительной стабилизации ампли­туды и сложных схем регулировки частоты и амплитуды выходных сигналов.

В схеме на рис. 9,а стабилизация амплитуды гене­рируемых колебаний осуществляется с помощью диод­ного моста и стабилитрона в цепи отрицательной ОС усилителя. Схема работает от однополярного источника питания, что достигается применением на входах ОУ двух резистивных делителей, задающих смещение по по­стоянному току. Частота генерации схемы определяется цепью положительной ОС: f = 1/(2πR₂С). Амплитуда выходных сигналов (до включения цепи АРУ) устанав­ливается выбором соответствующего значения коэффициента усиления несколько выше необходимого для обеспечения

(a) (б)

Рис. 9.Генератор со стабилизацией амплитуды синусоидальных колебаний стабилитроном (а) и полевым транзистором (б)

запуска генератора. Включение цепи АРУ снижает коэффициент усиления и предотвращает даль­нейшее повышение амплитуды выходного напряжения, которое без АРУ ограничивается лишь при насыщении усилителя. Это приводит к большим нелинейным иска­жениям, поэтому первоначальное превышение коэффи­циента усиления ОУ по сравнению со значением, тре­буемым для нормальной работы генератора (в данном случае равным 3), не должно быть значительным. Включенный последовательно со стабилитроном ре­зистор (19R1)ограничивает чрезмерное ослабление ко­эффициента усиления для снижения искажений выход­ного сигнала. Точность установки частоты генератора зависит от элементов моста Вина, максимальный диапа­зон рабочих частот ограничен лишь скоростью нараста­ния выходного напряжения ОУ. Амплитуда выходных колебаний приблизительно в 1,5 раза выше порогового напряжения стабилитрона. Коэффициент нелинейных ис­кажений генератора при правильном подборе резисто­ров и стабилитрона в цепи дополнительной отрицатель­ной ОС (цепи АРУ) не превышает 0,5%.

В схеме на рис. 9,6 в качестве нелинейного элемен­та, обеспечивающего автоматическую, регулировку уси­ления, использован полевой транзистор [69]. Этот гене­ратор состоит из пикового детектора и полевого транзис­тора, который работает в режиме управляемого напря­жением резистора и включен в двойную цепь с регене­ративной ОС. В схеме выходной синусоидальный сигнал детектиру­ется пиковым детектором, и результирующее напряжение в виде постоянного потенциала, зависящего от амплиту­ды напряжения на выходе, подается на затвор транзис­тора. Величина этого управляющего напряжения подби­рается потенциометром сопротивлением 5 кОм так, чтобы при изменении сопротивления канала транзистора авто­матически выполнялось условие генерации и повыша­лась стабильность работы схемы при любых изменениях амплитуды выходного напряжения. При указанных на рисунке номиналах элементов схе­ма генерирует синусоидальные колебания частотой 1460 Гц и амплитудой 5 В. Изменение напряжения ис­точника питания от ± 8 до ± 18 В практически не ока­зывает влияния на параметры выходного сигнала. В температурном диапазоне 10 - 65°С амплитуда коле­баний изменяется на 6%, а частота - на 1,5%. Для генерирования сигнала другой частоты необходимо изменить соответствующим образом номиналы резисторов и кон­денсаторов в двойном Т- образном мосте. На рис. 10 приведена схема генератора синусоидаль­ных колебаний, амплитуда которых регулируется по­тенциометром R₇, изменяющим пороговое напряжение включения цепи АРУ на кремниевом диоде VD[70]. Когда прямое падение напряжения на диоде достигает нескольких сотен милливольт, диод открывается и уменьшает коэффициент усиления ОУ, стабилизируя амплитуду выходного сигнала на уровне, который опре­деляется положением движка потенциометра R₇. На­стройка схемы осуществляется следующим образом. Пе­ремещением движка потенциометра R₇диод VDподклю­чается к выходу генератора. Затем подбирается значе­ние подстроечного резистора R₄,при котором возникает генерация. В этих условиях размах амплитуды выход­ного сигнала схемы должен быть около 500 мВ. Если это выполняется, то при перемещении движка потенцио­метра R7 в другое крайнее положение размах напряже­ния на выходе генератора будет изменяться от 500 мВ до 9 В; при этом искажения формы синусоидальных ко­лебаний незначительны. При указанных на рисунке но­миналах элементов схема генерирует колебания частотой 1 кГц. Недостатком этой схемы является то, что при регу­лировке амплитуды выходного напряжения существенно изменяются нелинейные искажения генерируемых сигна­лов и в определенных режимах они могут достигать нескольких процентов. Поэтому для построения прецизионных генераторов колебаний с регулируемой амплитудой следует использовать усилители с управляемым коэффи­циентом усиления на выходе стабилизированного по ам­плитуде генератора. В качестве такого гене­ратора можно использовать схему рис. 4.4, в которой стабилизация и регулировка амплитуды осуществляются цепью АРУ, сформированной парой транзисторов в дифференциальном включении и полевым транзистором в режиме регулируемого напряжения сопротивления. По­левой транзистор очень удобен для этой цели, посколь­ку при изменении управляющего напряжения его сопро­тивление изменяется в большом диапазоне (от 500 Ом до 100 МОм).

Рис. 10.Генератор синусо - Рис. 11.Генератор синусоидальных идальных колебаний с регулируемой колебаний с АРУ

амплитудой

Управляющее напряжение поступает на затвор полевого транзистора с выхода компаратора, ко­торый вырабатывает разностный сигнал между выход­ным напряжением генератора U_ВЫХ и опорным U_ОП. Ста­билизация амплитуды колебаний осуществляется сле­дующим образом. При снижении U_ВЫХ транзистор VT2закрывается, управляющее напряжение запоминается на конденсаторе С1, сопротивление канала полевого транзистора уменьшается, что приводит к увеличению коэффициента усиления ОУ и соответственно амплитуды выходного сигнала. При увеличении U_ВЫХ срабатывает компаратор, снижая (по модулю) 'отрицательное управ­ляющее напряжение, увеличивается сопротивление кана­ла полевого транзистора и уменьшается К_Uи U_ВЫХ до установленных значений. Следует отметить, что для пра­вильной работы схемы необходимо задавать К_Uнесколь­ко ниже значения, необходимого для возникновения ге­нерации.

Регулировка амплитуды выходных колебаний генера­тора производится потенциометром R1, при изменении положения движка которого изменяется относительная часть амплитуды выходного сигнала, поступающая на вход компаратора, т. е. глубина АРУ. Для значений α > Uon/Un-(α - относительная часть сопротивления потенциометра, связанная с U_n-) выражение для опре­деления амплитуды выходных колебаний можно запи­сать в виде U_ВЫХ = U_ОП / α + (l - l/α) U_n,откуда следует, что амплитуду можно регулировать опорным напряже­нием U_ОП. Температурный дрейф выходного напряжения генера­тора определяется в основном дрейфом транзисторов компаратора и при тщательном подборе VT1и VT2не превышает 1 мВ/°С. Нелинейные искажения U_ВЫХ не­значительны и уменьшаются с увеличением постоянной времени R₅C₁. Частота колебаний f = l/(2π/R₇C₂),

3. СТАБИЛИЗАЦИЯ И РЕГУЛИРОВКА ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ

ГЕНЕРАТОРА

Рассмотренные схемы генераторов синусо­идальных колебаний имеют фиксированную частоту вы­ходных сигналов, задаваемую элементами в цепях ОС. Стабильность частоты колебаний, генерируемых такими схемами, в большей степени зависит от качества этих элементов, чем от структуры фазосдвигающей цепи и характеристик ОУ. Поэтому при использовании высоко­качественных RС - элементов приведенные выше схемы обычно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к генераторам синусоидальных колебаний для стабиль­ности частоты выходного сигнала. Однако в некоторых устройствах, например эталон­ных генераторах, применяемых в прецизионных радио­технических и измерительных системах требуется до­полнительная стабилизация частоты, которая обычно осуществляется с помощью кварцевого кристалла, вклю­чаемого в цепь положительной ОС генератора (рис. 10) [4].

Высокая избирательность кристалла в значительной степени стабилизирует резонансное значение частоты генерации, задаваемое цепью положительной ОС. В этой схеме элементы Rи Спредназначены в основном для фильтрации высших гармоник кристалла и выби­раются с учетом его резонансного сопротивления. При резонансе фазовый сдвиг равен нулю, т. е. кристалл представляет собой активное сопротивление. Это сопротивление заменяет один из резисторов в цепи по­ложительной ОС усили­теля. Для выполнения ус­ловия согласования резо­нансной частоты кристал­ла и частоты моста Вина сопротивление резистора Rподбирают равным ре­зонансному сопротивле­нию кристалла, а емкость

Рис. 12.Генератор со стабилиза­цией частоты синусоидальных ко­лебаний

кварцевым кристаллом

конденсаторов Сопределяют из выражения RC = 1/(2πf₀). Цепь АРУ, подключенная к инвертирующему входу ОУ, компенсирует изменения резонансного сопротивле­ния кристалла с температурой, поддерживая тем самым амплитуду и частоту выходных сигналов постоянной. Однако при больших изменениях температуры для луч­шей стабилизации параметров выходного напряжения генератора в цепь положительной ОС последовательно с кварцевым кристаллом следует включить добавочный резистор небольшого номинала. В этом случае сопротив­ление резистора Rдолжно быть равно сумме сопротив­лений добавочного резистора и резонансного сопротив­ления кристалла. При построении генераторов синусоидальных колеба­ний с регулируемой частотой следует учитывать тот факт, что с изменением номинала хотя бы одного из частотозадающих элементов изменяется условие воз­никновения генерации, что может привести к срыву ко­лебаний. В генераторах на мосте Вина это условие за­ключается в том, чтобы полный коэффициент усиления сигнала по цепям положительной и отрицательной ОС был равен единице на любой частоте. Поэтому при из­менении частоты выходных колебаний в генераторах на мосте Вина необходимо использовать сдвоенный потен­циометр (или конденсатор).

В схеме генератора на рис. 13,а эта задача решается включением регулирующего частоту потенциометра R2таким образом, чтобы он изменял и усиление в цепи

a) b)

Рис. 13.Генераторы синусоидальных колебаний с регулируемой

частотой: а- на месте Вина; б- на Т - образном мосте

отрицательной ОС операционного усилителя А1[5]. Поскольку R₂является элементом моста, он изменяет частоту генерации в соответствии с выражением

f = l/(2πC√R₁R₂). При уменьшении номинала потенцио­метра увеличивается частота и уменьшается сигнал ОС U_Bна неинвертирующем входе А2.Однако при этом одновременно увеличивается коэффициент усиления А1, так что суммарное усиление по цепям положительной и отрицательной ОС остается равным единице при всех изменениях сопротивления R₂. Действительно, снижение амплитуды выходного напряжения на частоте генерации, обусловленное мостом Вина, равно U_B/Uвых = R₂/(R₁ + 2R₂). Поскольку оба ОУ усиливают сигнал

U_B, то Uвых = 2 Uв - U_A = (2 + R₁/R₂) U_B = [(R₁ +2R₂)/R₂)U_B. Сравнивая между собой эти два выражения, по­лучаем, что коэффициент усиления по цепям ОС равен единице для всех значений R₂. Таким образом, коэффи­циент усиления и, следовательно, амплитуда выходных колебаний генератора не зависят от частоты.

В действительности наличие паразитных емкостей и конечная полоса пропускания ОУ несколько ограничива­ют диапазон изменения частоты при неизменной ампли­туде Uвых. С использованием АРУ на стабилитроне, как показано на рис. 11,а, амплитуда колебаний генерато­ра остается постоянной при изменении частоты в преде­лах декады. Применением более совершенных схем АРУ можно расширить диапазон изменения частоты, но это приведет к срыву колебаний.

На рис. 13,6 представлена схема генератора, в кото­рой перестройка частоты осуществляется также одним потенциометром R₃. Операционный усилитель А₁ вклю­чен по схеме активного фильтра, а компаратор А2явля­ется генератором напряжения прямоугольной формы. Частота сигналов зависит от номинала элементов R₁, R₃, С₁и С₂. Если выбрать емкости конденсаторов С₁и С₂одинаковыми, то частота генерируемых колебаний f =1/(2πС₁√R₁R₃).

Номиналы конденсаторов, позволяющие получить различные частотные диапазоны, указаны в табл. 1.

В рассмотренной схеме нелинейные искажения изменяются от 0,75 до 2 % в зависимости от сопротивления резистора R₃. Увеличение этого сопротивления свыше 1 кОм приведет к недопустимым искажениям, а уменьшение ниже 50 Ом - к автогенерации схемы фильтра. Получить частоты свыше 20 кГц от таких генераторов затруднительно, так как на более высоких частотах па­дает добротность фильтра и на выходе появляются импульсы клинообразной формы.

Таблица 1

ЗАВИСИМОСТЬ ЧАСТОТЫ10Т НОМИНАЛОВ КОНДЕНСАТОРОВ С1, С2

C1,C2, mkF	Минимальная частота, Гц	Максимальная частота, Гц
0,47
0,10
0,022
0,0047
0,002

Нижняя частота генера­тора ограничивается лишь емкостью конденсаторов. Для усилителя А₁в схеме использована компенсация с опережением, расширяющая полосу усиле­ния свыше 1 МГц и увеличивающая скорость нарастания выходного напряжения до 10 В/мкс. При стандартной схеме компенсации максимальная частота, на которой имеет место полный размах амплитуды сигнала, не пре­вышает 6 кГц. Для улучшения температурной стабиль­ности схемы следует правильно выбирать типы приме­няемых резисторов и конденсаторов.

Схема на рис. 14,а представляет собой известный генератор, в котором вместо обычных двух частотозадающих резисторов R₁и R₂могут быть использованы резистивные матрицы с управлением двоичным кодом. Частота синусоидальных колебаний генератора является линейной функцией значений цифрового

Рис. 14.Генератор с программируемым значением частоты (а) и зависимость частоты от управляющего числа (б)

кода на входе, и поэтому схема представляет интерес в областях применения, связанных с микропроцессорным управле­нием или синтезом речи [6].

Для исходной схемы, приведенной на рисунке, можно показать, что частота колебаний f = (1/2л)√[R₅/(C₁C₂R₁R₃R₆)] и условие самовозбуждения C₃R₃R₆/R₄ ≥ K,где K- константа, характеризующая усиление. Как видно, частота колебаний является функ­цией сопротивлений двух резисторов: R₁и R₂. Их мож­но заменить двумя блоками резисторов, управляемых цифровым кодом, выходное сопротивление которых определяется как R₁= R₂ = R(2ⁿ - 1)N,где n - число дво­ичных разрядов, используемых для управления; N - управляющее число; R - постоянная. Заменяя R₁ и R₂, получаем f = (N/2π)R(2ⁿ - l) √[R₅/(C₁C₂R₆)] = BN_tгде B - постоянная. Последнее со­отношение показывает, что частота выходного сигнала линейно зависит от N. Линейная зависимость частоты от управляющего воздействия наблюдается в диапазоне 0 - 3000 Гц. На рис. 14,6 приведена зависимость часто­ты выходных колебаний генератора от управляющего числа N для R =11 кОм. В схеме могут быть использо­ваны ОУ 1401УД2.

4. МОДЕЛИРОРВАНИЕ ГЕНЕРАТОРОВ НИЗКИХ ЧАСТОТ

Рис. 15. Схема моделируемого НЧ – генератора с мостом Вина.

Рис. 16. Осциллограмма сигнала RС – генератора.

Рис. 17. Схема RC – генератора, нагруженного на трансформатор

Рис.18. Осциллограмма входного и выходного напряжений на первичной и вторичной обмотках трансформатора с коэффициентом трансформации 10.

Рис. 19. Схема RC – генератора с двух полярным источником питания

Рис. 20. Осциллограмма сигнала RС – генератора c двух полярным источником питания.

Библиографический список литературы.

1. Мирский Г.Я. Электронные измерения. – М.: Радио и связь, 1986. – 440 с.

2. Бишард Е.Г. и др. Аналоговые электроизмерительные приборы. – М.: Высш.

шк., 1991. – 415 с.

3. Алексенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем. –

М.: Радио и связь, 1985. – 304 с.

4. Вавилов А.А. Измерительные низкочастотные генераторы. – Л.: Энергоатом

издат, 1985. – 104 с.

5. Graeme J.G. Applications of operational amplifiers: Third generation techniques. –

McGraw Hill Book Co., 1973.

6. Graeme J.G. Designing with operational amplifiers. – McGraw Hill Book Co.,

1977.

7. Aвад С., Герин Б. Программируемый генератор синусоидальных колебаний.

– Электроника, 1981, т. 54, № 15, с. 74, 75.

Cодержание

1. Структурные схемы генераторов синусоидальных сигналов.

2. Стабилизация и регулировка амплитуды выходного напряжения.

3. Стабилизация и регулировка частоты колебаний генератора.

4. Моделирование генераторов низких частот.

Библиографический список литературы.

Cодержание

Дата добавления: 2015-07-15