2.5 Расчет LC-автогенератора

Расчет произведем на частоту ω0 ≈ 0,5ωβ для биполярного транзистора или

ω0 ≈ 0,5ωs для полевого. В этом случае имеем малый сдвиг фаз между токомI1 и

5. Расчет цепи автосмещения (по выходу) Rсм = Есм .

I0

6.Расчет цепи фиксированного смещения: задаемся начальным выходным

3 RC-АВТОГЕНЕРАТОРЫ

На низких частотах LC-генераторы получаются весьма громоздкими изза больших габаритов L и C. Поэтому в диапазоне низких частот (менее 1 кГц) применяются автогенераторы на R и C элементах в сочетании с операционными усилителями. Особенностями таких генераторов являются малые габариты, технологичность изготовления, малая мощность и КПД. Стабильность частоты зависит от стабильности частотно-задающих RCэлементов. В отличие от LC-генераторов период колебаний имеет линейную

39

зависимость от этих элементов T0 = 2πRC (для LC АГ T0 = 2π LC ). Известны два вида RC-автогенераторов:

-АГ на основе операционного усилителя с пассивным фильтром на RC-элементах в цепи обратной связи;

-АГ, состоящий из импульсного генератора и полосового активного RC-фильтра, выполненные на операционных усилителях.

Рассмотрим эти автогенераторы.

3.1 Автогенератор с пассивным фильтром в цепи обратной связи

На рисунке 3.1 представлены полосовые RC-фильтры, построенные путем последовательного соединения ФНЧ и ФВЧ или наоборот. Все три фильтра имеют один и тот же коэффициент передачи, а, следовательно, одни и те же свойства.

эти величины в (3.1) получим:

40

Как видно, выражение (3.2) по форме (полосовой фильтр 2-го порядка) совпадает с выражением для последовательного колебательного LC-контура.

и вблизи резонанса ϕ = −arctg 23 δω = −arctg2Qδω, откуда следует Q = 31 , то

есть фильтры рис. 3.1 имеют низкую добротность, и применять их напрямую не имеет смысла.

На рис. 3.2 представлены зависимости модуля и фазы RC-фильтров от частоты.

|К|

1/3

ω0 ω

φ

900

ω0 ω

-900

Рисунок 3.2 – АЧХ и ФЧХ RC-фильтров

41

Хорошую избирательную цепь получают строя на основе рассмотренных фильтров мост Вина-Робинсона, рис. 3.3.

Рисунок 3.3 – Мост Вина

Он состоит их двух ветвей, где левая ветвь представляет собой любой их трех фильтров рис. 3.1, а правая - делитель из сопротивлений 2R1 и R1.

На рисунке 3.4 показаны АЧХ и ФЧХ моста Вина. Как видно из рисунка в точке резонанса модуль равен нулю, а фаза делает скачок с -900 на +900.

42

имеем ϕ = −arctg2 δ1R δω = −arctg2Qδω,Q = δ1R .

Из вышеизложенного следует, что добротность моста Вина обратно пропорциональна расстройке δR , а модуль прямо пропорционален δR . Например, если δR = 0.01, то имеем добротность Q=100, а усилитель

согласно баланса амплитуд должен иметь усиление δ9R = 900 . На рисунке 3.5

представлены АЧХ и ФЧХ моста Вина с расстройкой δR .

Там же представлена фазовая характеристика LC-контура. Как видно из рисунка область перестройки RC-контура шире (±1800 ) области LC-контура

( ± 900 ).

Получить большое усиление операционного усилителя несложно, сложнее обеспечить заданную расстройку. Поэтому в автогенератор обычно вводят систему автоматической подстройки по амплитуде выходного напряжения, рис. 3.6. Здесь нижнее сопротивление правого плеча моста берется несколько меньше расчетного, а до расчетного доводится системой

44

обратной связи по амплитуде выходного напряжения, изменяющей сопротивление полевого транзистора регулировкой R3. Регулируя R3, добиваются хорошей формы (гармонической) выходного напряжения, а далее она поддерживается автоматически.

Рисунок 3.6 – RC-автогенератор с авторегулировкой

3.2 Автогенератор на основе импульсного генератора и активного RCфильтра

Функциональная схема такого автогенератора представлена на рис. 3.7. Она содержит импульсный генератор, например, мультивибратор или генератор треугольного напряжения и активный RC-фильтр.

ИГ Ф Uвых

Рисунок 3.7 – RC-генератор с активным фильтром

На выходе импульсного генератора имеем меандр заданной частоты, а фильтр выделяет первую гармонику. НА рисунке 3.8 представлена принципиальная схема RC-автогенератора, содержащая мультивибратор на

45

операционном усилителе ОУ1 и активный фильтр с отрицательной обратной связью на операционном усилителе ОУ2.

Рисунок 3.8 – Принципиальная схема RC-автогенератора с активным фильтром

Мультивибратор, как известно, формирует прямоугольное напряжение (меандр), содержащее первую гармонику амплитудой 1 и нечетные гармоники (3,5 и т.д.) с амплитудами 1/3, 1/5 и т.д. Задача фильтра – подавать высшие гармоники. Для определения степени подавления получим АЧХ этого фильтра.

Методом узловых токов получим коэффициент передачи фильтра: