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

2 РАСЧЕТ ГЕНЕРАТОРА СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

2.1 Как говорилось выше для получения синусоидального переменного напряжения низких частот удобно применять RC-генераторы, среди которых распространены генераторы с мостом Вина. Смоделировав схему 1.2 можно видеть, что схема не дает напряжения хорошей формы, поэтому из множества известных схем выбираем наиболее простую, с помощью которой можно получить синусоидальное напряжение весьма хорошей формы (справочник /1/, стр. 251, рис. 9.11 б):

Рисунок 2.1 Автогенератор синусоидальных колебаний

 на основе моста Вина

2.2 Выберем по справочнику /2/, стр. 63, табл. П.3.6 операционный усилитель типа К140УД7 (зарубежный аналог mА741), имеющий наиболее подходящие параметры для работы данной схемы (рис. 2.1). Это операционный усилитель общего применения, с достаточной скоростью нарастания выходного напряжения.

Таблица 2.1 Справочные данные ОУ К140УД7

,                                         (2.1)

где U_v = 0,3 В/мкс

Условие (2.1) выполняется, следовательно, усилитель выбран верно.

2.3 Рассчитаем цепь обратной связи.

В качестве элемента регулируемого частоту выбираем сдвоенный переменный резистор. Предварительно задавшись емкостью: С = 0,1 мкФ, определим значение сопротивлений исходя из условия:

,                                              (2.2)

Произведем расчет на максимальной частоте 100 Гц:

,                                                (2.3)

, по стандартному ряду Е24, выбираем стандартное сопротивление 1,6 МОм.

Произведем расчет на минимальной частоте 1 Гц:

По уравнению (2.3), получим: , по стандартному ряду Е24 (справочник /2/ стр. 55, табл. П.3.1), выбираем стандартное сопротивление 16 кОм. Т.е. для реализации схемы с плавным регулированием частоты от 1 до 100 Гц, выбираем (справочник /3/, стр 393, табл. 8.3) сдвоенный переменный многооборотный резистор СП3-4аМА85 (от 10 кОм до 2,2 МОм).

2.4 Напряжение на выходе моста Вина составляет 1/3 выходного напряжения, следовательно, для возникновения незатухающих колебаний необходимо получить коэффициент усиления операционного усилителя равный 3. Поэтому при такой схеме соединения имеем

,                                              (2.4)

Где R1 служит для подстройки коэффициента усиления (от 2 до 3). Зададимся R3=5 кОм, тогда R1=R2=5 кОм. Резистор R2 служит для подстройки амплитуды и формы синусоиды, поэтому эмпирическим путем определим значение номинала данного резистора 4.3 кОм.

2.5 Диоды, включенные по параллельно-встречной схеме, обеспечивают автоматическую стабилизацию коэффициента усиления. По мере того как возрастает U_вых, динамическое сопротивление диодов падает, стабилизируя амплитуду выхода и предотвращая её грубое ограничение. Выбираем два импульсных диода обеспечивающие наиболее качественную форму напряжения КД522А (справочник /4/, стр. 328, табл. 4.15), имеющий следующие характеристики:

Постоянное или импульсное обратное напряжение – 30 В;

Допустимый прямой ток – 20 мА;

Время восстановления – 10 нс.

2.6 Проверим работу схемы с выбранными элементами, предварительно смоделировав её в Electronics Workbench. Представим полученную осциллограмму

Рисунок 2.2 Осциллограмма генератора настроенного на 100 Гц

Рисунок 2.3 Осциллограмма генератора настроенного на 1 Гц

Рисунок 2.4 Результаты анализа Фурье проведенный на 1 Гц

Рисунок 2.5 Результаты анализа Фурье проведенный на 100 Гц

Как видно из рисунков с помощью выбранной схемы можно получить синусоидальное напряжение, с возможностью плавного регулирования частоты  1-100 Гц, что и требует задание.

3 РАСЧЕТ ГЕНЕРАТОРА ТРЕУГОЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

3.1 По заданию требуется получить генератор треугольных сигналов, с высокой линейностью сигнала. В первом пункте была принята схема триггер Шмита – ГЛИН, питаемый синусоидальным напряжением от генератора синусоиды, но расчет параметров такой схемы является весьма трудоемким.

В справочнике /1/ стр. 264 на рисунке 9.19 показана простая схема генератора напряжения треугольной формы, с высокой линейностью, полученного из прямоугольного напряжения, т.е. схема автоколебательного фантастрона.

Рисунок 3.1 Схема автоколебательного фантастрона.

По заданию требуется получить генератор двух форм напряжения синхронизированных по частоте. В процессе чернового расчета была предпринята попытка подать на инвертирующий вход первого усилителя синусоидальное напряжение, полученное на выходе автогенератора синусоидальных колебаний на основе моста Вина (рис. 2.1), в процессе опыта было обнаружено, что на формирование сигнала треугольной формы это не повлияло, а позволило синхронизировать частоты в пределах 1-100 Гц, что, и требует задание. Требование высокой линейности позволило удовлетворить использование источника тока в цепи перезарядки конденсатора.