3.5. Использование операционных усилителей для построения автогенераторов гармонических колебаний

Одним из основных элементов автогенератора является усилитель. Как отмечалось выше универсальный характер имеют операционные уси­лители (ОУ), в частности они могут быть использованы для построения схем генераторов гармонических колебаний. Современная электроника характеризуется самым широким применением интегральных микросхем (МС). Для создания автогенераторов обычно используют ОУ в интег­ральном исполнении. Конструирование генератора в этом случае сво­дится к выбору типа МС и способа подключения к ней дискретных эле­ментов обратной связи и внешних элементов, определяемых типом МС. При этом принципы построения автогенераторов, рассмотренные ранее, условия самовозбуждения и способы стабилизации частоты, остаются прежними.

На базе операционных усилителей можно построить автогенераторы всех перечисленных выше типов. На рис.3.8 изображена схема RC-гене­ратора с мостом Вина на интегральном операционном усилителе 1УТ402. Мост Вина (R₁C₁, R₂C₂) включен в цепь положительной обратной связи. Цепь отрицательной обратной связи, являющаяся резистивным регулиру­емым делителем R₃R₄, включена между выходом и инвертирующим входом усилителя. Принцип работы схемы не отличается от рассмотренного вы­ше RC-генератора на дискретных элементах.

3.6. Стабилизация частоты автогенераторов

Стабильность и надежность работы многих электронных устройств существенно зависит от стабильности частоты автогенератора, выраба­тывающего управляющие сигналы. Поэтому задача стабилизации частоты генерируемых колебаний имеет особую актуальность.

Основными факторами, вызывающими изменение частоты, являются:

- влияние температуры на параметры элементов схемы;

- нестабильность напряжения источника питания;

- колебания атмосферного давления и влажности;

- изменение нагрузки автогенератора.

Для уменьшения нестабильности частоты применяют высокостабильные резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности колебательных кон­туров и фазирующих цепей, а усилительные звенья выбираются с высо­ким значением коэффициента температурной нестабильности. В некото­рых случаях схема автогенератора (или отдельных его звеньев) поме­щается в термостат, внутри которого поддерживается постоянная тем­пература.

Высокой стабильностью частоты обладают генераторы с кварцевой стабилизацией. В таких генераторах используются кристаллические кварцевые резонаторы.

Кварцевый резонатор представляет собой тонкую пластину минерала (кварца или турмалина) прямоугольной или круглой формы, установлен­ную в кварцедержателе. Кварц обладает пьезоэффектом. При сжатии кварцевой пластинки на противоположных ее гранях появляются разнои­менные электрические заряды, при растяжении пластинки на тех же гранях знаки зарядов изменяются на противоположные. Кварц может быть включен либо в цепь обратной связи автогенератора, либо в ка­честве индуктивности колебательного контура. В некоторых случаях кварц включают между коллектором и базой или базой и эмиттером транзистора (трехточечные схемы, в которых кварц служит индуктив­ностью контура).

При подведении переменного напряжения кварцевая пластинка совер­шает механические колебания, частота которых зависит только от раз­меров и вида среза пластинки. Поскольку эти параметры для данной пластинки неизменны, то и частота колебаний постоянна. Механические колебания кварца в свою очередь вызывают собственные электрические колебания. Когда собственная частота кварца совпадает с частотой приложенного напряжения, наступает явление резонанса и механические колебания достигают максимального значения. Добротность кварца дос­тигает величин 5·10⁴, поэтому фиксирующая способность колебательной системы очень высокая. Генераторы с кварцевой стабилизацией могут быть выполнены только на фиксированные частоты, что является их не­достатком. На рис.3.9 показана схема кварцевого генератора с высокими техническими характеристиками.

Кварцевые генераторы могут быть построены на базе операционных усилителей. На рис. 3.10 представлена схема автогенератора с кварцевым резонатором на интегральном операционном усилителе типа 1УТ401Б. Сигнал положительной обратной связи подается с выхода че­рез делитель R₃R₄ на прямой вход усилителя. Кварц включен в цепь положительной обратной связи. Частота незатухающих колебаний соот­ветствует частоте резонанса напряжений кварца. В цепь отрицательной обратной связи, включенную между выходом и инвертирующим входом ин­тегрального усилителя, входит сопротивление резистора R₂ и канал полевого транзистора Т. Благодаря изменению сопротивления канала полевого транзистора стабилизируется амплитуда выходного напряже­ния. Управление сопротивлением канала осуществляется через затвор транзистора, на который через диод Д, сглаживающий фильтр R₅C₁ и делитель R₆R₇ поступает постоянное напряжение. При увеличении амп­литуды выходного напряжения повышается напряжение, подаваемое на затвор, что приводит к уменьшению выходного сигнала. Изменением ве­личины сопротивления R₁, включенного в цепь положительной обратной связи, можно добиться минимальных нелинейных искажений.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Основы промышленной электроники/ Под ред. В.Г.Герасимова. М.: Высшая школа, 1987. 336 с.

2. Сборник задач по электротехнике и основам электроники/ Под ред. В.Г.Герасимова. М.: Высшая школа, 1986. 288 с.

3. Морозов А.Г. Электротехника, электроника и импульсная техни­ка. М.: Высшая школа, 1987. 448 с.

4. Жеребцов И.П. Основы электроники. 4-е изд. перераб. и доп.

Л.: Энергоатомиздат, 1985. 352 с.

5. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. 4-е. изд. перераб. и доп. М.: Энергия, 1977. 672 с.

6. Бочаров Л.Н. и др. Расчет электронных устройств на транзисто­рах/Л.Н. Бочаров, С.К. Жебряков, И.Ф. Колесников. М.: Энергия,

1978. 208 с.

7. Полупроводниковые приборы: Метод. указания по промышленной электронике. Ч.1./ Сост.: А.Н. Фролов; Иван.хим.-технол.ин-т. Ивано­во, 1992. 35 с.

8. Барбетов И.И. Системы электронной автоматики: Учеб.пособие Иван.хим.-технол.ин-т.Иваново, 1983. 80 с.

9. Аналоговые интегральные микросхемы: Справочник/Б.П. Кудряшов,

Ю.В. Назаров, Б.В. Тарабрин, В.А. Ушибышев. М.: Радио и связь,

1981. 160 с.

10. Характеристики и параметры транзисторов: Метод. указания к лабораторной работе/Сост.: В.Л.Котов; Иван.хим.-технол.ин-т. Иваново,

1985. 15 с.

11. Исследование полупроводникового стабилизатора напряжения: Метод. указания к лабораторной работе/ Сост.: В.А. Разу­мов; Иван.хим.-технол.ин-т. Иваново, 1980. 7 с.

12. Исследование тиристора: Метод. указания к лабораторной рабо­те/ Сост.:В.А. Разумов; Иван.хим.-технол.ин-т. Иваново, 1980. 7 с.

13. Исследование полупроводниковых выпрямителей: Метод.указания к лабораторной работе/ Сост.: В.Л. Котов; Иван.хим.-технол.ин-т. Иваново, 1985. 27 с.

14. Исследование усилителя низкой частоты на транзисторе: Метод. указания к лабораторной работе/ Сост.: В.А. Разумов;Иван.хим.-тех­нол.ин-т. Иваново, 1982. 14 с.

15. Исследование усилителя постоянного тока: Метод. указания к лабораторной работе/ Сост.: А.Н. Фролов, В.А. Разумов; Иван.хим.-технол.ин-т. Иваново, 1993. 8 с.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Выпрямители 3

1.1. Классификация и основные параметры выпрямителей 3

1.2. Однофазные выпрямители 4

1.3. Трехфазные выпрямители 7

1.4. Сглаживающие фильтры 9

1.5. Внешняя характеристика выпрямителя 13

1.6. Умножители напряжения 15

1.7. Стабилизаторы напряжения 17

1.8. Управляемые выпрямители 19

2. Усилители 22

2.1. Определение и классификация усилителей 22

2.2. Основные характеристики усилителей 23

2.3. Общие принципы работы электронных усилителей, 27

динамические характеристики

2.4. Классы усиления электронных усилителей 30

2.5. Обратные связи в усилителях 31

2.6. Подача смещения на вход управляющего элемента 33

2.7. Температурная стабилизация режимов работы 34

2.8. Многокаскадные усилители 37

2.9. Усилители постоянного тока 38

3. Генераторы гармонических колебаний 42

3.1. Назначение и классификация электронных генераторов 42

3.2. Условия самовозбуждения автогенераторов 42

3.3. LC-автогенераторы 44

3.4. RC-автогенераторы 45

3.5. Использование операционных усилителей для построения автогенераторов гармонических колебаний 49

3.6. Стабилизация частоты автогенераторов 49

Список литературы 54