4.3.3. Регулировка амплитуды выходного напряжения.

Схема генератора сину­соидальных колебаний, амплитуда которых может регулироваться потен­циометром Rр приведена на рис. 4.16. Частота генераций определяется эле­ментами моста Вина и равна 400 Гц. Цепь АРУ на ПТ обеспечивает стабили­зацию амплитуды генерируемых сигналов на уровне 10 В.

Такой метод изменения величины выходного напряжения может быть использован в любой из рассмотренных выше схем генераторов синусоидаль­ных сигналов. Однако при таком включении потенциометра стабильность ра­боты генератора и линейность регулировки величины напряжения на его вы­ходе существенно зависят от значения входного импеданса схемы, на которую нагружен данный генератор

В схеме генератора на рис 4.17 амплитуда выходного напряжения регу­лируется потенциометром R7, который изменяет порог включения цепи АРУ, построенной на основе кремниевого диода Д. Когда прямое падение на­пряжения на диоде достигает нескольких сотен милливольт, диод открыва­ется и уменьшает коэффициент усиления ОУ, стабилизируя тем самым ам­плитуду выходного сигнала на уровне, определяемом положением движка потенциометра R7.

Настройка схемы осуществляется следующим образом. Перемещением движка потенциометра R7 диод Д подключается к выходу генератора За­тем подбирается значение подстроечного резистора R4, при котором возникает генерация. В этих условиях размах амплитуды выходного сигнала схемы должен быть равен  300 мВ. Если это выполняется, то при перемеще­нии движка потенциометра R7 в другое крайнее положение размах напряже­ния на выходе генератора будет изменяться от 500 мВ до 9 В; при этом ис­кажения формы синусоидальных колебаний незначительны. При указанных на рисунке номиналах схема генерирует колебания частотой 1 кГц.

Общим недостатком рассмотренных в этом разделе схем является то, что в них при регулировке амплитуды выходного напряжения существенно изменяются нелинейные искажения генерируемых сигналов и в определен­ных режимах они могут достигать нескольких процентов. Поэтому для построе­ния прецизионных генераторов колебаний с регулируемой амплитудой сле­дует выбрать усилители с управляемым коэффициентом усиления на выходе стабилизированного по амплитуде генератора. В качестве такого генератора можно использовать любой рассмотренный в этом разделе.

4.3.4. Регулировка частоты генератора.

Чаще всего перестраиваемые по частоте генераторы строятся на основе моста Вина со стабилизируемой ампли­тудой, как показано на рис 4.18.

Рис. 4.18. Генератор с регулировкой Рис. 4.19. Генератор колебаний

частоты сдвоенным резистором с частотой 20 Гц – 20 кГц

Изменение частоты генерации в схеме осуществляется с помощью спа­ренных резисторов R2 и R3 величиной 10 кОм. Чтобы амплитуда колебаний оставалась постоянной во всем диапазоне частот, на инвертирующем входе ОУ включен потенциальный делитель, сформированный резистором R5 и лампочкой накаливания, имеющей номинальное значение рабочего напря­жения в. пределах 12— 28 В и ток потребления не выше 50 мА. При настрой­ке схемы величину резистора R5 подбирают так, чтобы напряжение на выходе ОУ было равно 2,5 В. В этих условиях искажения выходного синусоидаль­ного сигнала генератора не превышают 0,1%. а ток, потребляемый схемой от источников питания, равен 6 мА

С номиналами элементов, указанными на рисунке, схема имеет диапа­зон рабочих частот 150 Гц—1,5 кГц. При необходимости этот диапазон может быть сдвинут изменением номиналов конденсаторов С1 и С2. Однако макси­мальная частота генерации ограничена конечной скоростью нарастания выход­ного напряжении ОУ и для ОУ типа 140УД7 обычно не превышает 25 кГц (при допустимом уровне искажений выходного сигнала)

Генератор синусоидального напряжения с регулируемой частотой может быть построен также по принципу фильтрации по первой гармонике прямо­угольных импульсов (табл 4.1) При этом метоле сигнал на выходе генерато­ра будет стабильным по амплитуде, так как стабилизация амплитуды прямоугольного напряжения осуществляется ограничителем. Поэтому, используя генератор прямоугольных импульсов с ограничителем, можно уп­ростить схему генератора синусоидальных колебаний с регулируемой часто­той за счет отсутствия петли АРУ, необходимой для схем с мостом Вина. Поэтому такой генератор быстро запускается, и амплитуда напряжения на его выходе устанавливается за несколько периодов колебаний.

На рис. 4.19 представлена схема генератора, в которой перестройка частоты осуществляется одним потенциометром R3. В схеме ОУ1 типа 153УД2 используется в режиме активного фильтра, а компаратор ОУ2 типа 521САЗ является генератором прямоугольного напряжения. Частота сигналов за­висит от значений элементов R1, R3, С1 и С2 (табл. 4.2) Если выбрать номи­налы конденсаторов С1 и С2 одинаковыми, то частота генерируемых колеба­ний определится из выражения

f = 1/(2С₁ R1R3)

В табл. 4.3 приведены значения номиналов конденсаторов, позволяющие получить различные частотные диапазоны.

Табл. 4.2. Табл. 4.3.

В рассмотренной схеме уровень нелинейных искажений изменяется от 0,75 до 2%, в зависимости от значения резистора R3. Увеличение номинала этого резистора выше 1 кОм приведет к недопустимым искажениям, а умень­шение ниже 50 Ом — к автогенерации схемы фильтра. Получить частоты свы­ше 20 кГц от таких генераторов затруднительно, так как на более высоких частотах падает добротность фильтра, и на выходе появляются импульсы кли­нообразной формы. Нижняя частота генератора ограничивается лишь ем­костью конденсаторов. Для усилителя ОУ1 в схеме использована компенса­ция с опережением, расширяющая полосу усиления свыше 1 МГц и увеличивающая скорость нарастания выходного напряжения до 10 В/мкс. При стандартной схеме компенсации максимальная частота, на которой име­ет место полный размах амплитуды сигнала, ограничена на уровне 6 кГц. Для повышения температурной стабильности схемы следует правильно вы­бирать типы применяемых резисторов и конденсаторов.

Используя коммутаторы на МДП-транзисторах, можно построить гене­ратор синусоидальных колебаний с фиксированным набором частот. Схема такого генератора на основе моста Вина изображена на рис. 4.20. Выходная частота задается одним из подключаемых с помощью коммутатора моста Ви­на в соответствии с табл. 5.3.

Выбор частоты f1 .., f4 производится при помощи напряжения отрица­тельной полярности величиной — 9 В, подаваемого на один из входов схемы.

Управление частотой такого генератора может осуществляться с выхода логических схем. Если необходимо, последовательность изменения выходной частоты может быть запрограммирована программно-временным устройством, управляющим МДП-транзисторами. Диапазон генерируемых частот легко из­менить дополнительными частотозадающими цепями и коммутаторами.

Рис. 4.20. Генератор с цифровым управлением частотой