ного петлей частотно-зависимой положительной обратной связи. Фазосдвигающий четырехполюсник обеспечивает требуемый сдвиг фазы сигнала на выходе усилителя относительно сигнала на его входе. Для того чтобы автогенератор нормально функционировал, он должен отвечать двум ранее оговоренным условиям.
В автогенераторе должен сохраняться баланс амплитуд (15.5), т.е. произведение коэффициента усиления усилителя и модуля коэффициента передачи цепи обратной связи должно быть равно единице. В автогенераторе должно выполняться условие баланса фаз (15.6), говорящее о том, что фазовый сдвиг по кольцу усилитель—цепь обратной связи должен быть кратен 2π.
Учитывая эти условия, можно говорить о двух подходах к построению автогенераторов RС-типа. Это автогенераторы, в которых:
используется неинвертирующий усилитель (выходное и входное напряжения совпадают по фазе), а цепь обратной связи обеспечивает фазовый сдвиг величиной нуль градусов либо 2π;
используется инвертирующий усилитель (выходное напряжение сдвинуто по фазе на угол π относительно входного напряжения), а цепь обратной связи обеспечивает фазовый сдвиг величиной π.
В любом из отмеченных подходов к построению автогенераторов RС-типа сдвиг фазы в кольце усилитель — цепь обратной связи равен 2π.
Модуль коэффициента усиления усилителя Kу(ωА) связан с модулем коэффициента передачи цепи обратной связи Kос(ωА) на частоте ωА соотношением
Ку(ωа )=1/ Koc(ωA).
В RC-автогенераторах для обеспечения требуемого фазового сдвига величиной π используют RC-звенья. Каждое из этих звеньев включает резистор и конденсатор. Подобное RС-звено обеспечивает фазовый сдвиг φ< 90°. Для автогенератора, в котором используется инвертирующий усилитель, получение фазового сдвига по цепи обратной связи величиной π возможно при использовании не менее трех RС-звеньев. На рис. 15.13 показаны первый и второй варианты RС-звеньев автогенераторов.
На рис. 15.14 приведена электрическая схема автогенератора RC-типа. В таком автогенераторе ток базы İб транзистора существенно меньше тока İз. На частоте генерации автогенератора ωа =√6/(RC) модуль коэффициента передачи по цепи обратной связи
Kос(ωA) ≈ 0,034. Учитывая условие баланса амплитуд Kу(ωA)Kос(ωA) =1, находим коэффициент усиления усилителя Kу(ωA) = 29. Соответственно, рабочая крутизна транзистора S* автогенератора должна отвечать условию S*= Kу(ωA)/Rн = 29/Rн.
а б
Рис. 15Л3. Первый (а) и второй (6) варианты RС-звеньев автогенераторов
Рис. 15.14. Электрическая схема автогенератора RС-типа
В автогенераторе RС-типа возможен широкий диапазон по выбору сопротивления резисторов Rи емкости конденсаторов С для выполнения условия ωA =√6/(RC) . Однако для снижения зависимости коэффициента усиления усилителя Ку(ωA)от сопротивлений резисторов Rв цепи обратной связи необходимо, чтобы величины этих сопротивлений были существенно больше сопротивления нагрузки, т.е. R» RH.
Второй вариант построения автогенераторов RС-типа основан на использовании неинвертирующих усилителей, в которых обеспечивается фазовый сдвиг сигнала на 2π. Соответственно, фазовый сдвиг по цепи обратной связи должен быть равен нулю на частоте генерации автогенератора. На рис. 15.15 приведен один из подобных автогенераторов, в цепи обратной связи которого включен мост Вина.
Генерация колебаний автогенератором с мостом Вина также осуществляется при выполнении условий баланса амплитуд (15.5) и баланса фаз (15.6). Генерация возможна, когда фазовый сдвиг в цепи обратной связи будет равен нулю. Это условие выполняется при частоте ωA= 1/√(R1R2C1C2) . На практике при построении таких автогенераторов часто стремятся к равенству сопротивлений резисторов R1 и R2 и к равенству емкостей конденсаторов С1 и С2 в цепи ОС. В случае R1 = R2= Rи С1 = С2 = С частота генерации автогенератора рассчитывается по формуле ωA = 1/RC. При этом
Рис. 15.15. Автогенератор RС-типа с мостом Вина
модуль коэффициента передачи цепи обратной связи на частоте генерации автогенератора составляет 0,33.
Преимущества автогенератора RС-типа с мостом Вина в сравнении с другим автогенератором RС-типа (см. рис. 15.14) заключаются в следующем:
для его построения требуется меньшее число резисторов и конденсаторов;
модуль коэффициента передачи цепи обратной связи не зависит от частоты;
малое число резисторов и конденсаторов в автогенераторе позволяет использовать сдвоенные переменные резисторы или конденсаторы для построения автогенераторов с перестраиваемой частотой.
Несмотря на простоту построения автогенераторов RС-типа, им свойственен и ряд недостатков, которые необходимо учитывать при разработке подобных устройств. К числу этих недостатков относят следующие.
1. Емкости конденсаторов и сопротивления резисторов должны иметь слабую зависимость от дестабилизирующих факторов, например от температуры, так как в противном случае и частота генерации автогенератора RC-типа будет зависеть от температуры.
2. Токи утечки в конденсаторах должны быть весьма малыми. Действительно, на низких частотах сопротивление утечки конденсаторов будет оказывать шунтирующее действие, что может привести к изменению фазовых соотношений в четырехполюснике обратной связи и, соответственно, к срыву генерации.
3. Транзисторы, используемые в автогенераторах RС-типа, имеют нелинейные ВАХ. Это вызывает нелинейную зависимость тока коллектора ik транзистора и выходного напряжения автогенератора uвых(t) = Rнiк от напряжения, возникающего между базой и эмиттером транзистора. Подобная нелинейная зависимость приводит к тому, что форма выходного напряжения отличается от формы гармонического колебания. Для устранения этого недостатка необходимо выбирать положение исходной рабочей точки транзистора таким образом, чтобы при работе автогенератора рабочая точка не выходила за пределы близкого к линейному участка ВАХ.
15.8. Автогенераторы с внутренней обратной связью
При рассмотрении свободных колебаний в колебательном контуре отмечалось, что наличие сопротивления потерь приводит к потере энергии, запасенной в контуре, и, соответственно, к затуханию колебательного процесса. Для исключения потерь в контуре и поддержания неизменным колебательного процесса необходимо периодически восполнять потери энергии в контуре, что равносильно введению в контур отрицательного сопротивления, равного по величине сопротивлению потерь контура. В автогенераторах LC- и RС-типов это достигается организацией внешней относительно контура петли положительной обратной связи. В этом случае наличие отрицательного сопротивления обеспечивает равенство нулю коэффициента затухания δА в контуре и, соответственно, исключение затухания колебательного процесса в контуре.
Однако имеются ряд радиоэлементов, отдельные участки ВАХ которых при соответствующих напряжениях (токах) на их выводах отвечают условиям наличия отрицательного сопротивления, а именно:
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
