Генерирование гармонических колебаний, страница 8

11.9. -генераторы

Генераторы с колебательным контуром применяются как источники высокочастотных колебаний. Для генерирования низких частот (меньше 15-20 кГц)  они непрактичны, так как колебательный контур получается громоздким и трудно перестраиваемым. Поэтому для генерирования НЧ гармонических колебаний малой мощности широко используются RC-автогенераторы. Одно из отличий таких генераторов от  -генераторов заключается в том, что индуктивности, а значит, и колебательные контуры в них отсутствуют. Вместо нагрузочного колебательного контура применяются фазосдвигающие  -цепи.

RC-автогенератор с фазобалансной цепью(мостом Вина). Это наиболее распространенный тип генератора. Схема приведена на рис. 11.27, а.

Основу генератора составляют две цепи: прямая цепь – четырехполюсник  (усилитель) и цепь ОС – фазобалансная -цепь. Составим выражения для частотных характеристик фазобалансной цепи (рис.11.27, б). Сопротивления последовательной и параллельной частей цепочки

,     .

                            а                                                                         б

Рис.11.27

Передаточная функция этой цепи

.

Найдем отношение :

и подставим его в выражение для ПФ, тогда

,                                        (11.35)

где

                               и                          (11.36)

– соответственно АЧХ и ФЧХ -цепи,

,.

Очевидно, что только на одной частоте  фазовый сдвиг равен нулю:

                         ,                                                       (11.37)

а коэффициент передачи фазобалансной цепи максимален:

).                                         (11.39)

Рис. 11.28

На рис.11.28  приведены АЧХ и ФЧХ цепи ОС, построенные по формулам (11.36) для случая   и  . Эти зависимости сходны с АЧХ и ФЧХ параллельного контура с добротностью, равной 1/3. Полоса пропускания  довольно большая, а потому высшие гармоники практически не подавляются и форма генерируемых колебаний  будет искаженной.

В соответствии с условиями самовозбуждения (11.2) и стационарного режима (11.11) можно сформулировать требования к прямой цепи . На частоте генерируемых колебаний  коэффициент усиления должен быть

для самовозбуждения  и

                              (11.40)

для стационарного режима генерации.

В качестве прямой цепи  может использоваться операционный усилитель (с неинвертирующим входом) или двухкаскадный резисторный усилитель на транзисторах.

RC-автогенератор с фазосдвигающей  цепью. Вариант генератора с трехзвенным ФНЧ приведен на рис.11.29. АЧХ и ФЧХ одного звена ФНЧ приведены сплошными линиями на рис. 11.30 (а пунктирными линиями – для ФВЧ).

Рис. 11.29

Рис. 11.30

Колебания в АГ будут возникать в случае, если фазовый сдвиг, создаваемый RC-цепью, будет равен -(рис. 11.31, а). А это возможно осуществить не менее тремя RC –звеньями, при этом на частоте  (на граничной частоте фазовый сдвиг равен лишь- ).

          Передаточная функция  фазосдвигающей цепи имеет вид [1],

,

где

,   .

При равенстве мнимой части  нулю, фазовый сдвиг будет равен -(рис. 11.31,а); это будет иметь место на частоте

.                                                 (11.41)

                                                  а                                                               б

Рис. 11.31

Коэффициент усиления однокаскадного усилителя, необходимый для его возбуждения на этой частоте и стационарной генерации

.                  (11.42)

      Рис. 11.32

Если вместо звеньев ФНЧ использовать звенья высокой частоты (рис.11.32) (т.е. поменять местами R и C в схеме рис. 11.29), то изменится лишь генерируемая частота

                ,                                                       (11.43)

а требования к усилению прямой цепи остаются прежними, т. е. .