Генератор с цепью нулевого фазового сдвига

Из множества возможных цепей нулевого фазового сдвига широкое распространение получила цепь Вина (рис. 14).

Рис. 14. Цепь Вина

Выходное напряжение этой цепи U₂ имеет максимум на некоторой частоте f_Г, а фазовый сдвиг его относительно напряжения U₁ равен нулю. Это видно из амплитудно-частотной и фазовой характеристик (рис. 15).

Рис. 15. Амплитудно-частотная (а) и фазовая (б) характеристики цепи Вина

Коэффициент обратной связи , задаваемый этой цепью при R₁=R₂=R; C₁=C₂=C определяется как:

.

Частоту генерации можно найти из баланса фаз, учитывая, что если фазовый сдвиг равен нулю, то коэффициент обратной связи должен быть числом действительным. Из этого следует :

;

.

Из последних выражений видно, что на частоте генерации .

Возникновение колебаний возможно только при выполнении баланса амплитуд, следовательно, усилитель должен быть неинвертирующим ( ) и иметь коэффициент усиления К=3.

Схема усилителя приведена на рис. 16. Генератор состоит из неинвертирующего усилителя и цепи нулевого фазового сдвига.

Рис.16. Схема генератора с цепью нулевого фазового сдвига

Необходимый коэффициент усиления усилителя легко получить, выбрав резисторы и в соответствии с выражением

.

Кроме того, важно обеспечить стабильность коэффициента усиления, так если К<3, то наблюдается срыв колебаний, а при K>3 –искажения формы выходного напряжения. В последнем случае синусоида выходного напряжения будет ограничена уровнями напряжений насыщения, близкими к напряжениям питания операционного усилителя.

Для получения устойчивых колебаний с минимальными искажениями вводится нелинейная обратная связь. С этой целью к резистору в цепи обратной связи добавляют последовательно или параллельно два диода, включенные встречно-параллельно (рис.17).

Рис. 17. Цепь обратной связи с последовательным (а)

и параллельным включением диодов

Их динамическое сопротивление зависит от тока, протекающего в цепи обратной связи; при увеличении напряжения на выходе генератора динамическое сопротивление уменьшается, что и приводит к снижению коэффициента усиления К до минимально необходимого для устойчивой работы генератора.

Генератор с фазосдвигающей цепью

Если в качестве усилительного звена выбрать неинвертирующий усилитель, то как следует из условий генерации, цепь обратной связи должна обеспечить на частоте генерации поворот фазы выходного напряжения на  ( ( )=).

Из множества вариантов такой цепи наиболее широкое применение нашла трехзвенная фазовращающая цепь (рис.18).

Рис.18. Трехзвенная фазовращающая цепь

Каждое звено этой цепи поворачивает напряжение примерно на угол , что и обеспечивает общий поворот на угол π на частоте генерации

,

при этом происходит ослабление выходного сигнала в 29 раз ( ).

Для компенсации ослабления используется неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления К=29. Схема генератора показана на рис.19.

Рис.19. Схема генератора с фазовращающей цепью

Резистор в цепи обратной связи для стабилизации выходного напряжения делают нелинейным, добавляя пару диодов включенных встречно параллельно или полупроводниковый терморезистор.

Лабораторная работа№7

Исследование импульсных схем на операционных усилителях

Физический эксперимент

Цель работы: изучение принципа действия основных импульсных схем;

получение навыков определения параметров импульсного напряжения.

Порядок выполнения работы