Основы радиоэлектроники: Лабораторный практикум. Часть 2, страница 13

1.1 RC-генератор с мостом Вина

          Схема RC-генератора с мостом Вина показана на рисунке 2. Мост Вина состоит из сопротивлений Z₁, Z₂, R₃ и R₄. Сопротивление Z₁ образовано последовательным соединением R₁ и C₁, а сопротивление Z₂ – параллельным соединением R₂ и C₂. Сопротивление R₃ включено последовательно с разделительным конденсатором С_разд, имеющим пренебрежимо малое сопротивление по сравнению с R₃ на частоте генерации.

          В качестве сопротивления R₄ используется миниатюрная осветительная лампочка с металлической нитью накаливания, увеличивающая свое сопротивление при прохождении через нее тока. В RC-генераторе с мостом Вина используется двухкаскадный резисторный усилитель, имеющий в широком диапазоне частот постоянный коэффициент усиления и обеспечивающий сдвиг фаз между входным и выходными напряжениями, равный 360^О.

Рисунок 2 - RC-генератор с мостом Вина на полевых транзисторах

          Для генерации необходимо, чтобы мост Вина имел коэффициент передачи b= U_GS/U_AB = 1/K и не вносил сдвига фаз. Коэффициент усиления К двухкаскадного усилителя равен по величине нескольким сотням или тысячам, поэтому величина коэффициента b, достаточная для генерации, очень мала, и схема может генерировать вблизи баланса моста. Баланс же моста имеет место при выполнении равенства Z₁R₄=Z₂R₃.

          Если сопротивления R₃ и R₄ выбраны из условия баланса моста, то разбалансировка, обеспечивающая генерацию, достигается за счет небольшого увеличения сопротивления R₃ или уменьшения сопротивления R₄.

          Для цепи, образующей левую ветвь моста (рис. 3.), сдвиг фаз между напряжениями U₁ и U₂ равен нулю, если отношение U₂/U₁=Z₂/(Z₁+Z₂) – положительное вещественное число.

Рисунок 3 - Схема цепи, образующей левую ветвь моста Вина

          Так как

,

, то

.

          Нетрудно видеть, что при j₁=j₂ отношение U₂/U₁ вещественно. Следовательно, сдвиг фаз между U₁ и U₂ равен нулю, если j₁=j₂  . Для Z₁ имеем tg j₂ = X₁/R₁ . Для нижней цепи величину tg(j₂) можно найти из следующего выражения для сопротивления Z₂:

.

Отсюда

.

Следовательно, частота w₀ , для которой j₁=j₂, определяется из условия

.

Таким образом,

.

Удобно выбрать сопротивления и емкости равными

R₁=R₂=R,

C₁=C₂=С.

В этом частном случае

,

,

.

Следовательно, баланс моста достигается при

.

          Частный случай, когда C₁=C₂=С, R₁=R₂=R, особенно удобен при перестройке генератора. Для этого можно применять двухсекционный блок переменных конденсаторов с общим ротором, который, однако, нельзя заземлять.

          Схема генератора с мостом Вина, в которой в качестве усилителя используется операционный усилитель на интегральной схеме, показано на рисунке 4.

          На схемах рисунках 2 и 4 имеется положительная обратная связь необходимая для автогенерации, и автоматически регулируемая отрицательная обратная связь. Как указано выше, коэффициент передачи усилителя К>>1, поэтому коэффициент обратной связи b=1/K<<1 . При наличии положительной и отрицательной обратной связи

          Величина напряжения отрицательной обратной связи пропорциональна амплитуде выходного напряжения. В схеме рис    унка 2 напряжение отрицательной обратной связи увеличивается вследствие увеличения сопротивления лампы R₄ при нагреве за счет протекания через нее части выходного тока, пропорционального напряжению на выходе.

          В схеме рисунка 4 напряжение отрицательной обратной связи пропорционально выходному напряжению, выпрямленному диодом Д₂, когда это напряжение больше порогового напряжения диода Д₁. В качестве регулируемого сопротивления используется полевой транзистор, увеличивающий сопротивление сток-исток при увеличении отрицательного напряжения на затворе. 

Рисунок 4 -  RC-генератор с мостом Вина