15 Генер-ры сунус-ных колебании на оу с мостом вина

На рис. 9.2 приведена схема генер-ра сунус-ных

колеб-й на основе моста Вина.

В этой схеме ОУ DAохвачен двумя видами ОС: полож-ной обратной связью (ПОС) на элементах R1,R2,C1C2 и отрицательной обратной связью (ООС) на элементах R₃. R₄.Глубина ПОС:

Где z1= R1+1/(jωC1), z2=R2/(1+jωC2R2) Если принять, что R1=R2=R, C1=C2=C, то после

преобразований подучим;

=1/(3+j(ωCR-1/ωCR))

Коэф-т будет вещественным на резонансной час-те ω_P, когда комплексная часть» выражения будет равна нулю, т.е.ω_PCR- 1/( ω_PCR)=0отсюда ω_P=1/RC

Так как на резонансной час-те ω_Pкоэф-т ПОС =1/3 то

для получения установившихся колеб-й необходимо выполнение усл-я:

K_u =1

Поэтому ОУ должен иметь коэф-т усиления равный 3. Т.о., для получения сунус-ных колеб-й в генер-ре с мостом Вина должны выполняться усл-я:

* баланса фаз – _пет= 0 (обеспечивается за счет цепи ПОС, когда комплексная часть выражения равна нулю);

* баланса амплитуд - К_и = 1 (обеспечивается за счет цепи ООС, состоящей из резис-ров R₃и R₄).

В режиме установившейся амплитуды коэф-т усиления К_иравен:

К_и=(R3+R4)/R3=3

14 Генер-ры сиг-лов

Электронные цепи, в кот. периодические измен-я напр-я и тока возникают без прилож-я к нимдопол-го периодического сиг-ла, наз. автономными автоколебательными цепями, а устр-ва, выполненные наих

основе, автогенер-рами или генер-рами колеб-й соответствующей формы.

Генер-ры сиг-лов яв-ся неотъемлемым элементом значительной части радиотехнических систем и уст-в. Это могут быть синусоидальные генер-ры несущей частоты передатчиков или гетеродинов приемников, импульсные тактовые генер-ры цифровых уст-в, генер-ры частот повторения различного рода периодических процессов в радиолокационных или телеметрических системах, наконец, генер-ры сиг-лов специальной формы для различного рода измерительных и индикаторных уст-в.

В зависимости конкретного применения к генер-рам предъяв-ся самые разнообразные требования:

* для генер-ров сунус-ных сиг-лов - это точность, монохромность и стаби-ть заданной частоты;

* для импульсных генер-ров — это точность и стаби-ть заданного периода повторения и длительности импу-в;

* для генер-ров сиг-лов специальной формы — это стаби-ть и точность воспроизведения заданного вида колеб-я.

Во многих случаях в генер-рах должна быть предусмотрена возможность внешнего управ-я параметрами вых-ного сиг-ла (частотой, фазой, временными параметрами и, наконец, формой колеб-й).

Схемотехнически электронный генер-р предст-т собой уси-ль, охваченный полож-ной обратной связью. Уси-ли огут быть построены на дискретных транзисторах, на базе цифровых ИМС, на интегральных таймерах, а также на операционных уси-лях. Использование ОУ позволяет построить бильные генер-ры с весьма точным воспроизведением заданной формы вых-ного сиг-ла.

Автогенер-ры подразделяют на: генер-ры импу-в, генер-ры синус-ных колеб-й.

Генер-ры импу-в в зависимости от формы вых-и напр-я делят на генер-ры:

*напр-я прямоугольной формы (ГПН);

*напр-я экспоненциальной формы;

*линейно-изменяющегося напр-я (ГЛИН);

*напр-я треугольной формы;

*ступенчато изменяющегося напр-я;

*импу-в, вершина которых имеет колоколообразную форму (блокинг-генер-ры).

Генер-ры сунус-ных колеб-й классифицируют по типу колебательной системы и делят на: LC-автогенер-ры; RC-автогенер-ры; генер-ры с кварцевой стабилизацией частоты; генер-ры с электромеханическими резонансными системами стабилизации частоты.

Характерный признак генер-ров импу-в -- широкополосность цепи ОС, и на час-те выполняется условие K_u <1 (в противном случае устр-во превратится в триггер).

Генер-ры сунус-ных колеб-й отличаются тем, что у них цепь ОС имеет резонансные св-ва. Поэтому усл-я возникновения колеб-й выполняются только на одной резонансной час-те, а не в полосе частот.

Различают «мягкий» и «жесткий» режимы возбуждения генер-ров.

При «мягком» - в момент включения напр-я питания петлевое усиление K_u >1.Тогда любые шумы или возмущения в системе ус-аются и ч-з цепь ОС подаются на вход уси-ля в фазе, совпадающей с фазой вхого сиг-ла, причем величина этого допол-го сиг-ла больше того возмущения, которое вызвало его появ-е. Соот-но, увеличивается и вых напря-е, что приводит к дальнейшему увеличению вхого сиг-ла и т.д. Т.о., случайно возникшее возмущение приведет к непрерывному нарастанию вых-ного сиг-ла, которое достигло бы бесконечно большого знач-я, если бы это было возможно. Однако при определенном уровне сиг-ла начинают проявляться нелинейные св-ва ОУ. Коэф-т усиления начинает уменьшаться с увеличением знач-я сиг-ла в системе.

При K_u =1 амплитуда автоколеб-й стабилизируется, и автогенер-р начинает генерировать колеб-я, имеющиепостоянную амплитуду.

«Жесткий» режим возбуждения: для возникновения колеб-й необходимо приложить к уст-ву дополнительный внешний сиг-л, не меньший определенного знач-я (рис. 9.1).

Р ис. 9,1. Диаграмма, поясняющая возникновение колеб-я в «жестком» режиме возбуждения

В момент включения напр-я питания колеб-я отсутствуют, так как K_U < 1 и автоколеб-я возникнуть не могут. При приложении вхого сиг-ла большего, чем U_{вх А}, например U_{вх 1}, это напря-е ус-ается до напр-я, определяемого точкой 1, и ч-з цепь ОС снова поступает на вход ОУ. Вхое напря-е становится равным U_{вх 2}, которое ус-ается ОУ до напр-я, определяемого точкой 2, и ч-з цепь ОС снова поступает на вход ОУ, и т.д. Т.о., вых-ные напр-я будут определяться точками 1...п. Процесс увеличения амплитуды прекратится при достижении вых-ным сиг-лом знач-я U_уст, при которм K_u =1

Рассмотрим некоторые схемы генер-ров с применением ОУ.

16 РЕЛАК-ОННЫЕ ГЕНЕР-РЫ

Релак-онными называют генер-ры, у которых уси-ль работает в переключательном (релейном) режиме. К ним относят автоколебательный и ждущий мультивибраторы, генер-ры пилообразных и треугольных колеб-й. Основой релак-онных генер-ров на ОУ является обычно регенер-й компаратор, называемый также триггером Шмитта. Регенер-й компаратор может быть выполнен на операционном уси-ле с резистивной полож-ной обратной связью (рис. 9.4).

Рис. 9.4. Триггер Шмитта (регенер-й компаратор с гистерезисом): неинв-я схема (а\ инвер-я схема (б

Переходная хар-ка компаратора имеет гистерезис, ширина которого равна удвоенному пороговому напря-ю 2U_ПС, причем для неинвер-щей схемы (рис. 9.4, а)

U_ПС=U_ОГР*R1/R2

для инвер-щей схемы (рис. 9.4, б)

U_ПС= U_ОГР*R1/(R1+R2)

где U_ПС- порог срабатывания триггера Шмитта; U_ОГР—максимальное вых напря-е уси-ля (напря-е ограничения или насыщения).