RC-генераторы с самовозбуждением

RC - генераторы с самовозбуждением.

        LC – генераторы хорошо себя зарекомендовали при работе на высокой частоте. С уменьшением частоты увеличиваются индуктивность и емкость колебательного контура, активное сопротивление обмотки и токи утечки конденсатора, снижаются добротность и стабильность частоты.

        В диапазоне низкой частоты хорошие показатели дают автогенераторы с частотнозависимыми RC-цепочками, включаемыми в цепь ОС усилителя. Такие схемы получили название RC-генераторов. Они легче, дешевле LC-генераторов, имеют меньшие габариты. Частотный диапазон их работы – от долей герца до десятков килогерц.       

         Условия самовозбуждения у RC-генераторов те же, что и у LC-генераторов, то есть                                                                                                                                   

 Существуют RC-генераторы с поворотом фазы сигнала в цепи ОС на+180 градусов и RC-генераторы, у которых фазовый сдвиг сигнала в цепи ОС равен нулю.

И в тех и в других RC-генераторах для возникновения самовозбуждения должен выполняться баланс фаз в усилительном звене совместно со звеном ОС: если сигналы Uвх и Uвых имеют сдвиг фаз +180 градусов, то RC-цепь должна поворачивать Uac на +180 градусов, чтобы этот сигнал совпадал по фазе с Uвх.

RC-цепи в автогенераторах называют фазирующими. Существуют два типа фазирующих цепей ОС: R-параллель (рис. 1.12) и С-параллель (рис. 1.14).

Рис. 1.12. RC-автогенератор на операционном усилителе с R-параллелью

RC-автогенератор с R-параллелью осуществляет сдвиг между выходным сигналом и сигналом цепи ОС на +180 градусов. Коэффициент усиления К этой схемы зависит от соотношений между величинами сопротивлений Ro.c и Ro:

K=Ro.с / Ro.

Условие самовозбуждения (1.1) в этой схеме выполняется при К>29, а e=1/29. Резонансную частоту fp определяют по формуле:

Графические характеристики RC-генератора с R-параллелью приведены на рис. 1.13.

       Рис. 1.13. Графические характеристики RC-генератора с R-параллелью; e– зависимость коэффициента передачи цепи ОС от относительного изменения частоты; je - зависимость сдвига фаз от относительного изменения частоты

Как видно из рис. 1.13, когда  f / fp = 1, то есть схема работает на частоте резонанса fp, je=p, e=1/29. Выбирая резисторы R1, R2, R3 для R-параллели и R0 для входной цепи, необходимо учитывать, что R1=R2=R3//R0=R; сопротивление Ro.c делают подстроечным, чтобы добиваться сохранения в схеме условия самовозбуждения.

Рис. 1.14. RC-автогенератор на операционном усилителе с С-параллелью

RC-автогенератор с С-параллелью осуществляет сдвиг по фазе на –180 градусов. Резонансную частоту fp определяют по формуле

Здесь коэффициент усиления К>29 на частоте fp, коэффициент передачи цепи ОС e=1/29. Графические характеристики RC-генератора с С-параллелью приведены на рис. 1.15.

       Рис. 1.15. Графические характеристики RC-генератора с С-параллелью

Для уменьшения шунтирующего действия последующих звеньев фазирующих цепей необходимо увеличить их входное сопротивление. С этой целью в схемах обратной связи применяют так называемые прогрессивные цепи, для которых

R2=mR1, R3=m^2R1,

C2=C1/m, C3=C1/m^2,

при m>1.

Тогда для схемы (рис. 1.12) при m=5    

  

Для схемы (рис. 1.14) при m=5

Из RC-цепей, не осуществляющих сдвига по фазе передаваемого сигнала на резонансной частоте, наибольшее распространение получила схема RC-автогенератора с мостом Вина (рис. 1.16).

       Рис. 1.16. Схема RC-автогенератора на операционном усилителе с мостом Вина

В этой схеме звено положительной обратной связи (C1,R1,R2,C2) включают между выходом и неинвертирующим входом операционного усилителя. Делитель Ro.c и Ro определяет коэффициент усиления усилительного звена. На частоте fp коэффициент передачи цепи ОС e=1/3, поэтому самовозбуждение генератора возможно при К>3. Это соответствует выбору соотношения  Ro.c/Ro>=3.

Частота генерации в схеме равна квазирезонансной частоте частотно-зависимой цепи, определяемой из соотношения

если R1=R2=R и C1=C2=C.

Графические зависимости je и e для этого усилителя даны на рис. 1.17.

       Рис. 1.17. Характеристики RC-генератора с мостом Вина

Из графиков на рис. 1.17 видно, что e=1/3, а je=0 на частоте резонанса, то есть когда f= fp.

1.2. Генераторы негармонических колебаний.

Генераторы негармонических колебаний вырабатывают в результате быстрого изменения состояния усилительного прибора и высвобождения запасенной в конденсаторах от источника постоянного тока электрической энергии импульсы различной формы.