Расчет генератора синусоидальных колебаний. Автогенератор синусоидальных колебаний на основе моста Вина. Осциллограмма генератора настроенного на 100 Гц, страница 2

Рисунок 3.2 Общая схема генератора

3.2 Выбор операционного усилителя. Так как в схеме применяется два операционных усилителя то удобно применить операционный усилитель типа К157УД2 (зарубежный аналог 2´LM301), ибо на одном кристалле размещены два усилителя.

Таблица 3.1 Данные ОУ К157УД2 (справочник /2/, стр. 63, табл. П.3.6)

Тип	Uпит	КD, В/мВ	Iпит, мА	f1, МГц	Uv, В/мкс	±U2max, В	R2min, кОм	Rdвх, МОм
К157УД2	2´15	50	7	1	0,5	13	0,3	0,5

3.3 Рассчитаем элементы схемы для частоты 100 Гц.

В мультивибраторе напряжение на частотозадающем конденсаторе изменяется от напряжения срабатывания до напряжения отпускания по экспоненциальному закону, однако нам необходимо получить колебания треугольной формы с высокой линейностью. Решить эту задачу позволяет использование источника тока в цепи перезарядки конденсатора. Вариант такого решения представлен на рис. 3.2.

В этой схеме на DA2 собран триггер Шмита, напряжение задания  которого снимается с выхода DA3. Узел на DA3 очень похож на интегратор, однако в этой схеме он играет роль источника тока. Ток перезарядки конденсатора определяется сопротивлением резистора R и максимальным выходным напряжением DA2.

Пользуясь выражением частоты

,                                                 (3.1)

где  - коэффициент гистерезиса триггера Шмита (примем =0.25)

Определим емкость, задавшись предварительно входным сопротивлением DA3: R6 = 10 кОм

,                                               (3.2)

 Ф = 1 мкФ

3.4 Рассчитаем элементы схемы для частоты 1 Гц (R6 = 10 кОм, =0.25)

 Ф = 100 мкФ

Т.е. требуется переменный конденсатор 1 – 100 мкФ

3.5 Для исключения влияния R5-R4 на перезаряд необходимо выбрать R5>>R6, поэтому имея R6 = 10 кОм, примем R5 = 100 кОм. R4 определяем из соотношения

,                                              (3.3)

 кОм (Е24: МЛТ-0,125-91 кОм±5%)

Однако регулировать частоту одновременно и сдвоенным резистором R и конденсатором С1 неудобно, поэтому, варьируя сопротивлением R4 и емкостью С1, можно прийти к компромиссу, позволяющему регулировать частоту только R.

В результате  эмпирических вычислений получим следующие значения

R4 = 200 кОм: R4 = 200 кОм (Е24: МЛТ-0,125-200 кОм ±5%);

С1 = 20 мкФ: С1 = 22 мкФ (К53-29-20В-22 мкФ ±10%).

Но при этом было замечено, что с ростом частоты амплитуда ГЛИН уменьшается, что сильно усложняет работу потенциометра и усилителя мощности, поэтому, чтобы избежать этого, возвратимся к прежней схеме генератора, т.е. к регулированию частоты одновременно и сопротивлениями генератора синусоиды и конденсатором в схеме ГЛИН.

По данным расчета постоим осциллограммы совместной работы генераторов при крайних частотах (1 и 100 Гц).

Рисунок 3.3 Осциллограмма работы генераторов при частоте 100 Гц

Рисунок 3.4 Осциллограммы работы генераторов при частоте 1 Гц

3.6 Проведем анализ линейности треугольного напряжения

Рисунок 3.5 Оценка линейности формы треугольного напряжения

Как видно из рисунка, линейно изменяющееся напряжение практически полностью повторяет форму искусственно проведенной прямой, т.е. требование задания выполнено.

4 ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА ДЕЙСТВИЯ

 ПРЕДЛОЖЕННЫХ СХЕМ

4.1 Описание работы генератора синусоидального напряжения, выполненного на мосте Вина.

Из RC цепей, не осуществляющих сдвига по фазе передаваемого сигнала на квазирезонансной частоте, наибольшее распространение получила схема моста Вина.

Рисунок 4.1 Зависимости коэффициента передачи и угла фазового сдвига от частоты

Мост Вина состоит из параллельного и последовательного соединения звеньев, состоящих из конденсатора и резистора. При прохождении через мост сигнала частоты большей, чем требуется, этот сигнал гасится на конденсаторе параллельного звена, а сигнал с частотой меньшей теряется на конденсаторе последовательного звена. Следовательно, наибольший коэффициент передачи имеет сигнал частотой, на которую настраивается мост.

Контур положительной обратной связи имеет одинаковые резисторы и конденсаторы. Контур отрицательной обратной связи имеет петлевой коэффициент усиления 2. это обеспечивает значение b несколько больше, чем 1/3 что гарантирует генерацию колебаний.