Исследование RC-генераторов синусоидальных колебаний с постоянной и управляемой частотой, их настройка, сравнение теоретических и экспериментальных результатов

1.  Цель работы.

Целью работы, выполняемой по данной теме, является исследование RC-генераторов синусоидальных колебаний с постоянной и управляемой частотой, их настройка, сравнение теоретических и экспериментальных результатов.  

2.  Исходные данные и результаты расчета параметров элементов

R1 = 22 кОм

R2 = 13,6 кОм

R3 = 47 кОм

R4 = 6,8 кОм

R5 = 16 кОм

R6 = 8,2 кОм

R6’ = 1 кОм

R7 = 8,2 кОм

R8 = 3,9 кОм

R9 = 1,3 кОм

С3=16/f*R6=557,5нФ

f1=2,21kГц   f2=4,54kГц

Частота колебаний генератора f = 3,5 кГц

Использована съёмная плата, содержащая микросхему 140УД20, с двумя ОУ с одинаковыми          параметрами, конденсаторы С1= 1000 пФ  и С2 = 2000 пФ.

3.  Принципиальные схемы исследования и результаты измерений

3.1 Схема исследования RC-генератора синусоидальных колебаний с постоянной частотой

По окончании настройки генератора гармонических колебаний была измерена его частота, оказавшаяся равной 3,3 кГц, и определено сопротивление резистора R2 = 13,57 кОм.

Диаграмма выходного сигнала генератора

На данной осциллограмме видны нелинейные искажения. Данный результат был получен уменьшением сопротивления R2.

3.2 Исследование метода борьбы с нелинейными искажениями с помощью нелинейного элемента, содержащего два диода и резистор R5

Нелинейный элемент

, состоящий из двух диодов и резистора, введен для исключения искажений в выходном сигнале.

Диаграмма выходного сигнала генератора

3.3.Исследование зависимости частоты f от изменения сопротивления  R1:

3.4 Схема исследования генератора синусоидальных колебаний с управляемой частотой

Диаграмма выходного сигнала генератора

В результате исследования данной схемы получены следующие значения частот:

f₁ = 2,5 kГц   f₂ = 4,76 kГц

Эти же значения частот, полученные посредством размыкания цепи на транзистор

f₁ = 3,3 kГц   f₂ = 5,55 kГц

4.     Выводы

При проведении исследования схемы генератора гармонических колебаний постоянной частоты получено значение частоты f = 3,3 кГц и сопротивления R₂=13,57 кОм. Погрешность полученного результата обусловлена неточностью номиналов сопротивления.

Погрешности составили f = 5,7% ; R₂ = 0,22%

Результатом проведённого исследования методов борьбы с нелинейными искажениями с помощью нелинейного элемента диодной сборки является сам факт того, что при малых отклонениях характеристики ОУ в область нелинейных искажений, при использовании нелинейного элемента - диодной сборки,  можно добиться исправления выходной характеристики путём вывода ОУ из области искажений с, соответственно, некоторым уменьшением амплитуды выходного сигнала и, соответственно, частоты сгенерированного синусоидального сигнала.

Исследование зависимости частоты f от сопротивления R₁ показало, что зависимость частоты генератора синусоидальных колебаний от сопротивления R₁  имеет степенной характер, а именно – обратная пропорциональность, т.е. при увеличении значения сопротивления R₁ частота генератора синусоидальных колебаний уменьшается.

В схеме #3, генератора синусоидальных колебаний с управляемой частотой, общий вид экспериментальной осциллограммы выходного сигнала соответствует теоретически ожидаемой.

Частоты генерируемых сигналов получились следующие: f₁ = 2,5 kГц   f₂ = 4,76 kГц

Погрешности измерений при этом: f₁ = 13,1%, f₂ = 4,84%, что объясняется, неточностью номиналов сопротивления, в большей степени, неточностями определения значения частот по осциллограммам.

Необходимо отметить влияние подстроечного резистора R₆ на работу генератора синусоидального сигнала с управляемой частотой. С помощью данного резистора можно менять величину сопротивления обратной связи, а значит и частоту работы мультивибратора, который прямо влияет на работу всего генератора  в целом посредством транзисторного ключа.