1.5 Транзисторный rс-автогенератор с последовательно-параллельной фазовращающей цепью обратной связи

Диапазонные автогенераторы типа RC, то есть, автогенераторы перестраивающиеся по частоте, строятся несколько иначе. В них применяются усилители, имеющие четное число каскадов. Если один каскад поворачивает фазу входного сигнала на ; то усилители, имеющие четное число каскадов, при охвате положительной обратной связью достаточной глубины поворачивает фазу входного сигнала на(n = 2,4,…) и могут генерировать электрические колебания без включения специальной фазовращающей цепочки. Для выделения требуемой частоты синусоидальных колебаний из всего спектра частот, генерируемых такой схемой, необходимо обеспечить выполнение условий самовозбуждения только для одной частоты. С этой целью в цепь обратной связи включается последовательно-параллельная избирательная цепочка, схема которой приведена на рисунке 9.

Мост Вина состоит из последовательного (R₁C₁) и параллельного (R₂C₂) звеньев. Сигнал низкой частоты при прохождении через мост теряется на C₁, а сигнал высокой частоты гасится на C₂. Поэтому наибольший коэффициент передачи мост имеет на некоторой частоте f₀.

Рисунок 9 – Последовательно-параллельная избирательная цепочка

Определим свойства этой цепочки, рассматривая ее как делитель напряжения. Между выходным и входным напряжениями существует следующая зависимость

,

где .

Коэффициент передачи напряжения этой цепью равен

. (9)

На квазирезонансной частоте коэффициент передачи напряжения должен быть равен действительному числу. Это возможно лишь в том случае, если сопротивления, выраженные соответствующей математической записью в числителе и знаменателе последней формулы, будут иметь одинаковый характер. Данное условие обеспечивается лишь в том случае, если действительная часть знаменателя равна нулю, т. е.

Отсюда квазирезонансная частота имеет вид:

(10)

или

Тогда коэффициент передачи напряжения на квазирезонансной частоте равен

(11)

Подставляя в формулу (11) значение из (10), получим выражение для модуля коэффициента передачи цепи:

Считая и , найдем окончательные значенияи:

(12)

(13).

Выделив из формулы (9) комплексного коэффициента передачи цепи действительную и мнимую части, можно найти аргумент коэффициента передачи:

(14)

Рисунок 10 – Частотная и фазовая характеристики

последовательно-параллельной цепи

Графики зависимости модуля комплексного коэффициента передачи фазобалансной цепи и фазового сдвигапредставлены на рисунке 10.

Затухание, вносимое рассматриваемой избирательной цепочкой на квазирезонансной частоте,

(15)

Это означает, что минимальный коэффициент усиления, при котором удовлетворяется условие баланса амплитуд, также должен быть равен 3. Это требование достаточно легко выполняется. Реальный транзисторный усилитель, имеющий два каскада (наименьшее четное число), позволяет получить усиление по напряжению, намного превышающее K=3.

Рисунок 11 – Схема RC –автогенератора с последовательно-параллельной цепью положительной обратной связи.

Поэтому наряду с положительной обратной связью в усилитель вводят отрицательную обратную связь, которая, снижая коэффициент усиления, в то же время существенно уменьшает возможные нелинейные искажения генерируемых колебаний. Принципиальная схема такого генератора приведена на рисунке 11.

Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером, а так как в этом случае каждый транзистор поворачивает фазу на 180°, то необходимо иметь два (или четыре) каскада усиления. Последовательно-параллельной цепь состоит из емкостей C₁ и С₂ и сопротивлений R₁ и . Последовательно включенные резисторы и составляют делители напряжения для получения напряжения смещения на базах транзисторов. Резисторы R_к1 и R_к2 выполняют роль нагрузки в каждом транзисторе. Конденсатор C_р1 – разделительный конденсатор между двумя каскадами усилителя. Резисторы R_э1 и R_э2 предназначены для термостабилизации транзисторов.

Конденсатор C_э2 предотвращает отрицательную обратную связь по току. Кроме того, в этом усилителе вводят цепь отрицательной обратной связи (R_св, C_св), с помощью которой изменяется коэффициент усиления усилителя в зависимости от амплитуды колебаний генератора. Наиболее эффективно отрицательная связь работает в том случае, когда применяются терморезисторы, сопротивление которых сильно зависит от приложенного к ним напряжения. В данной схеме терморезистор R_э1 в цепи эмиттера транзистора VT₁ предназначен для стабилизации амплитуды выходного напряжения при изменении температуры. Изменение сопротивления термистора приводит к изменению глубины отрицательной обратной связи, что изменяет коэффициент усиления К.

Регулировка частоты осуществляется с помощью спаренного потенциометра R₁R₂.