Мостовые схемы сложения. АГ гармонических колебаний. Общие сведения и основные положения. LC-автогенераторы. Стабилизация частоты автогенератора, страница 4

     Рассмотри две разновидности данных АГ, а именно: с фазосдвигающей RC-цепью и с мостом Вина.

1.1.  АГ с фазосдвигающей RC-цепью.

Он содержит инвертрирующий ОУ и трехзвенную   RC-цепь ПОС.

Схема и график

Из  курса ТОЭ известно, что данная трехзвенная цепь имеет АЧХ β(f) и ФЧХ 𝛗_β следующего вида.

Анализ их графиков показывает, что на квазерезонансной частоте генерации f_k цепь ПОС имеет  и вносит фазовый сдвиг 𝛗_β=π. Поэтому для обеспечения баланса амплитуд (К_β=1) необходимо, чтобы |К|29, а баланс фаз автоматически обеспечивается путем использования инвертирующего входа ОУ.

    Квазирезонансная частота генерации для данной схемы определяется формулой RC,т.е. частота генерации определяется параметрами цепи ОС и R и C. Если в схеме поменять местами R и C, то формула примет вид  При этом К18,4, т.к. β=0,055. Недостаток данной схемы состоит в довольно большом количестве R и C и , как следствие, трудность перестройки частоты в широком диапазоне.

1.2.  RC-АГ с мостом Вина.

Данный АГ имеет более компактную структуру построения  схемы. В ней цепь ПОС включается между выходом и неинвертирующим входом ОУ.

Схемы 2

     Мост Вина представляет собой частотно-избирательную-последовательно-параллельную RC-цепь, состоящую из двух емкостей и двух сопротивлений. На квзерезонансной частоте β=1/3, значит самовозбуждение АГ обеспечивается при |K|=R₂/R₁3/

     Фазовый сдвиг в выходном сигнале отсутствует только на f_k, который определяется формулой : f_k=.

Перестройка частоты в схеме осуществляется с помощью сдоенного конденсатора.

2.  АГ на биполярном транзисторе.

     Его принципиальная схема имеет вид:

Схема

Характеристика схем:

       Транзисторный АГ с емкостной обратной связью и дополнительной емкостью в индуктивной ветви.

 Назначение элементов схемы:

Колебательный контур (резонатор) L₁, C₁, C₂, C₃ корректирующая цепь R’ _Kop C_kop. R_см- сопротивление автосмещения. R_бл – блокировочное сопротивление в цепи питания. C_бл1 и С_бл2 – блокировочные емкости. R₁, R₂ – базовый делитель для подачи фиксированного смещения. С_св – разделительная емкость между каскадами.

         С₃ – дополнительная емкость, которая обеспечивает: 

- развязку по постоянному току цепи питания и смещения;

-  дополнительную степень свободы для получения оптимального режима работы транзистора.

3.  АГ на туннельном диоде.

      ТД-это маломощный генераторный диод, активные свойства которого проявляются в широком диапазоне частот от I до СВ2. Это позволяет строить АГ на различных частотах. Выходная мощность – сотни микро ватт.

Схемы

Лекция 15. Стабилизация частоты АГ.

1.  Виды нестабильности.

2.  Дестабилизирующие факторы.

3.  Параметрическая стабилизация частоты АГ. Схемы АГ.

1.  Один из важнейших требований, предъявляемых к АГ, является высокая стабильность частоты выходных колебаний. Это связано с тем, что во время работы любого АГ частота колебаний изменяется в некоторых пределах по случайному закону под воздействием различных дестабилизирующих факторов:  изменение температуры, влажности и напряжения питания, наличия внешних электромагнитных полей, механических воздействий.

        Влияние дестабилизирующих факторов проявляется в изменениях величин индуктивности катушек, емкости конденсаторов и сопротивления резисторов, входящих в состав колебательных контуров и частотно-избирательных-RC-цепей.

        Качество работы АГ принято оценивать абсолютной и относительной нестабильностями частоты.

          Абсолютная нестабильность представляет собой разность  между текущим f номинальным f_p(k) значениями частоты колебаний Δf=f-f_p, Гц.

        Относительная нестабильность частоты δ представляет собой отношение абсолютной нестабильности  к номинальному значению f_p и определяется коэффициентом нестабильности «δ»        .                           

              При расчете коэффициентов нестабильности используют следующие формулы:

Для LC-генераторов:     ;

 для RC-генераторов:    .

                Здесь параметр ΔL, ΔC, ΔR – величины изменения индуктивности катушек, емкости конденсаторов и сопротивления резисторов от номинальных значений, вызванных воздействием любого из дестабилизирующих факторов.

               Различают 2 вида относительной нестабильности частоты АГ: долговременную и кратковременную.

                 Под долговременной нестабильностью понимается нестабильность, связанная с медленными изменениями частоты АГ (изменение окружающей температуры, давления, влажности, напряжение источников питания). Она проявляется более 1 секунды за время наблюдения.

                 Под кратковременной нестабильностью понимается нестабильность, связанная с быстрыми флуктуационными изменениями частоты АГ, вызываемые тепловыми и дробовыми шумами.

2.  Для оценки действия дестабилизирующих факторов воспользуемся выражением коэффициента нестабильности  δ=Δf/f_p

Из этого выражения следует, что при его постоянном значении δ=const, изменение резонансной частоты f_р, вызывает такое же изменение частоты АГ f. Изменение резонансной частоты контура      может происходить под действием долговременной нестабильности. Если под действием этих факторов, параметры контура L  и С получает малые приращения ΔL и ΔC, то резонансная частоты контура изменится на величину:  .

Из этого выражения следует, что для создания высокостабильного АГ необходимо использовать элементы колебательной системы с малыми относительными изменениями их параметров.

                В частности, при изменении температуры окружающей среды необходимо применять емкости и индуктивности с малыми температурными коэффициентами α_l и _c (α_L=ΔL/LΔt), (αC=ΔC/CΔt) где t – абсолютное изменение температуры.