5.2. Низькочастотні rс-генератори

Як підсилювальний елемент зазвичай використовують операційний підсилювач (рис. 5.2). При нульовому зсуві фаз в колі зворотного зв’язку використовують неінвертувальний підсилювач (рис. 5.2.а) і при зсуві фаз у цьому колі на 180⁰ – інвертувальний підсилювач (рис. 5.2.б)

Рис. 5.2. Структурні схеми автогенераторів при різних зсувах фаз у колі зворотного зв’язку

Як чотириполюсниками зворотного зв’язку на практиці досить часто використовують міст Віна та три ланкову RC-схему. Міст Віна являє собою послідовне і паралельне з’єднання двох RC-ланок (рис. 5.3)

Коефіцієнт передачі β моста Віна подамо наступним виразом

. (5.6)

Рис. 5.3. Схема моста Віна Рис. 5.4. Схема RС-генератора з мостом Віна

Зазвичай приймають R₁=R₂=R;С₁=С₂=С; тоді вираз (5.6) перепишеться як

. (5.7)

Для виникнення коливань потрібно виконання умови ωCR=1/ωCR, отже, звідси визначаємо значення частоти генерації автогенератора з мостом Віна

, (5.8)

на цій частоті │b│=1/3, і потрібно, щоб │К₀│ >3.

Т риланкова RC-схема (рис. 5.5) повертає фазу вихідного сигналу на 180⁰ і,

Рис. 5.5. Триланкова RС-схема

тому, використовується а автогенераторах за структурою рис. 5.2.б. Резонансну частоту триланкової RC-схеми за умови, яка найчастіше виконується на практиці, визначають за співвідношенням

, або , звідки . (5.9)

На частоті комплексний коефіцієнт передачі стає рівним , а фазовий зсув рівний 180⁰.

5.3. Способи стабілізації амплітуди коливань

Ч отириполюсники зворотного зв’язку мають невелику вибiрність, тому підсилювач в схемі автогенератора повинен працювати практично в лінійному режимі, щоб не допускати появи вищих гармонік із значними амплітудами. Це означає, що для обмеження росту амплітуди коливань повинні використовуватись спеціальні способи. Як правило, обмеження амплітуди відбувається в колі зворотного зв’язку за рахунок включення різноманітних нелінійних елементів: терморезисторів, ламп розжарювання світло діодів тощо. Через значну теплову інерційність, опір цих елементів у межах одного періоду коливань можна прийняти постійним і, до того ж, вони не спотворюють форми гармонійного струму, отже вищі гармоніки практично не з'являються. Одним із найпростіших способів стабілізації амплітуди є використання нелінійних елементів (рис. 5.6). В схемi рис. 5.6.а із зростанням амплітуди на виході

Рис. 5.6. Стабілізація амплітуди RC – генераторів за допомогою нелінійних елементів: а) терморезисторів; в) світлодіодів; б) температурна залежність опору терморезисторів

операційного підсилювача збільшується і вихідний струм через терморезистор (рис.5.6.б) і вiн розігрівається, що призводить до зменшення його опору, а, отже, й зменшення коефіцієнта передачі ОП до певного значення, при якому ще забезпечується баланс амплітуд. Аналогічно працює і схема за рис.5.6.в, а резистором R₄ регулюється усталене значення вихідної напруги генератора.

Вищої стабільності амплітуди коливань досягають в автогенераторах з автоматичним регулюванням підсилення (рис. 5.7). Зміна вихідної напруги генератора приводить до зміни напруги на конденсаторі С, яка випрямляється

Рис. 5.7. Схема генератора з автоматичним регулюванням підсилення

діодом VD і є напругою затвору, що, відповідно, змінює провідність польового транзистора VT, глибину зворотного зв'язку, а, отже, й амплітуду вихідного сигналу.

Найвищої точності досягають при використанні в автогенераторах системи автоматичної стабілізації амплітуди (рис.5.8)

ГСА – генератор стабільної амплітуди (релаксаційний); ГС – генератор синусоїдного сигналу; М – модулятор; ФНЧ – фільтр низької частоти

Рис. 5.8. Система стабілізації амплітуди синусоїдного генератора

Модулятор М на однакові проміжки часу підключає через оптронну розв'язку ФНЧ, який знаходить різницю амплітуд генераторів ГСА та ГС. Вихідний сигнал ФНЧ подається на елемент регулювання амплітуди генератора синусоїдної напруги.

Частоту в синусоїдних генераторах змінюють, як правило, шляхом одночасної зміни опорів частотозадавальних резисторів. Стабільність частоти в RC-генераторах забезпечують шляхом вибору прецизійних та стабільних резисторів та ємностей.