Генерирование гармонических колебаний, страница 9

АЧХ и ФЧХ трехзвенных -цепей ОС приведены на рис. 11.31.

Существуют и другие разновидности схем -автогенераторов. Однако приведенных выше примеров вполне достаточно для уяснения принципа действия и построения генераторов с -цепями.

11.10. Сравнение - и генераторов

Здесь будут рассмотрены лишь те признаки сравнения, по которым эти генераторы значительно отличаются друг от друга, а именно

– перекрытие частотного диапазона (т.е. возможность построения широкодиапазонного генератора);

– построение генераторов на относительно низких и высоких частотах;

– стабильность частоты при изменении параметров схемы;

– форма генерируемых колебаний.

Перекрытие частотного диапазона.Пусть внутри каждого поддиапазона частота генератора изменяется конденсатором. Так как частота в - генераторе обратно пропорциональна первой степени емкости, а в генераторе – корню квадратному, то для генерации колебаний в диапазоне частот от  до  должны быть выполнены следующие условия: для -генератора , для генератора . Следовательно, перекрытие по частоте при одном и том же изменении емкости в - генераторе больше, чем в генераторе.

Следует иметь ввиду, что в генераторе для изменения частоты необходимо изменять емкость одного конденсатора, а в - генераторе – двух или трех конденсаторов  (роторы которых обычно объединены).

Построение генераторов на относительно низких и высоких частотах. генератор практически нельзя использовать на относительно низких частотах, так как контур должен иметь значительные  и . Реализация больших  и  связана с увеличением их габаритов и ростом потерь. Поэтому нецелесообразно применять генераторы на низких частотах (ниже 10 кГц).

- генераторы, наоборот, нецелесообразно и нельзя строить на сравнительно высоких частотах (примерно более единиц мегагерц). Параметры  и , задающие частоту генератора, должны быть малы. Но при малых значениях  будут существенно влиять паразитные емкости – емкости монтажа, межэлектродные емкости и др. Уменьшение  приводит к уменьшению усиления и ограничивается значением, определяемым условиями самовозбуждения.

Стабильность частоты. - генераторы имеют очень низкую стабильность ввиду пологости фазовых характеристик. Например, генератор с фазобалансной цепочкой имеет эквивалентную добротность -цепи  и очень пологую фазовую характеристику.

На практике стабильность генератора повышают введением дополнительной цепи отрицательной обратной связи – резисторов  и  на схеме рис.11.27, а ирис.11.33.

Рис. 11.33

-цепь положительной ОС и -цепь отрицательной ОС образуют мост Вина. Выходное напряжение усилителя  подается на одну диагональ моста – точки 1-3, напряжение с другой диагонали – точки 2-4 подается на вход усилителя.

На частоте генерации  напряжение  и  находятся в фазе  с напряжением .  Но так как напряжения  и  во входной цепи включены навстречу друг другу, то  входной напряжение будет  и общий коэффициент обратной связи

                                             .                      (11.44)

Следовательно, при добавлении цепи ООС общий коэффициент ОС уменьшается, что означает необходимость соответствующего  увеличения коэффициента усиления  усилителя.

Предположим, что по какой-то причине появился небольшой фазовый сдвиг  в усилителе, что приведет к изменению частоты генерации , при котором . При этом

,                                              (11.45)

где  – крутизна  ФЧХ цепи ОС. Чем она больше, тем выше стабильность частоты генератора.

В учебном пособии [3] показано, при введении ООС крутизна ФЧХ

,                                    (11.46)

возрастает в  раз и, следовательно, в такое число уменьшается   и возрастает стабильность частоты.

В частном случае, когда  и   (т.е. ), введение ООС позволяет увеличить стабильность частоты генератора в  раз. При переходе от  к  стабильность частоты возрастет в 100 раз.