Генератор синусоидальных колебаний.

Ранее отмечалось, что при условии К = 1 усилитель с положительной ОС само возбуждается - становится генератором колебаний. Чтобы генератор вырабатывал колебания определенной частоты, надо, чтобы К = 1 на этой частоте. В общем случае это произведение - величина комплексная, причем, чаще всего за счет коэффициента обратной связи . Поэтому условие самовозбуждения К =1 разделяется на 2 составляющих:

- условие баланса амплитуд, требующее, чтобы модуль произведения Кравнялся 1,

- условие баланса фаз, требующее, чтобы сумма фазовых сдвигов сомножителей К и равнялась нулю, т.е. чтобы произведение Кбыло вещественным.

Это удается в том случае, если в качестве цепи обратной связи используется RC- цепочки илиLC- контур, назначение которых - получить нулевой фазовый сдвиг на заданной частоте. Рассмотрим в качестве примера широко применяемыйRC- генератор с мостом Вина. СхемаRС - генератора с мостом Вина представлена на рис.

Рис.СхемаRС - генератора с мостом Вина.

Название - мост Вина - получила цепочка, состоящая из элементов Z1,Z2, которая в данном случае является цепью положительной ОС и обеспечивает условие баланса фаз, т.е. самовозбуждение на заданной частоте. Цепь отрицательной ОС, состоящая из резисторовRос,R1,служит для обеспечения условия баланса амплитуд и для сохранения синусоидального характера колебаний.

Выведем соотношение, определяющее условие баланса фаз для данной схемы. Согласно рис. 9.4 для имеем:

 = U/Uвых =Z2/(Z1 +Z2)

Z2 = 1/(1/R + jC) = R/(1 + jRC)

Z1 = R + 1/jC = (1 + jRC)/jC

 = R/(1 + jRC)/[R/(1 + jRC) + (1 + jRC)/jC] =

Условие баланса фаз выполняется, если величина - вещественная, что возможно, если в знаменателе соблюдено условие:

1 - ²R²C²= 0, откуда определяется

 = ₀=1/RC,

₀- частота генерируемых колебаний.

На этой частоте величина = 1/3. Тогда условие баланса амплитуд К= 1 позволяет найти требуемый коэффициент усиления К = 1/= 3,

что обеспечивается выбором отношения резисторов Rос,R1.

По отношению ко входу Uобратная связь черезRос является последовательной, и величина К, как определено ранее, К =Кпс = 1 +Rос/R1,

тогда Rос/R1 = 2 - отношение, требуемое для обеспечения баланса амплитуд.

Стабилизация амплитуды колебаний

Если не принять меры, то данный генератор будет вырабатывать колебания несинусоидальной формы с нестабильной амплитудой. Чтобы этот недостаток устранить, в качестве R1 используется терморезистор, сопротивление которого зависит от температуры, например, лампочка накаливания, а следовательно, и от напряжения, к нему приложенного, т.е. отU:cростомUвозрастает и величинаR1.

Неформальный анализ механизма стабилизации амплитуды можно представить следующим образом (см. рис. 9.5.). Если выходное напряжение Uвых будет меняться относительно значения, определяемого условием баланса амплитуд, то это будет приводить черезR_ocк пропорциональному изменениюUиR1. В свою очередь, согласно формуле для Кпс, при измененииR1 величина К будет меняться в сторону, противоположную изменениюR1, препятствуя изменениюUвых, тем самым, стабилизируя его.

Рис.Стабилизация амплитуды в генераторе.