6. Rc-генераторы синусоидальных напряжений

RC-генератор синусоидальных напряженийпредставляет собой широкополосный усилитель, охваченный положительной частотнозависимой обратной связью. В качестве частотнозависимой обратной связи чаще всего используютмост Вина. Схема моста Вина представлена на рис.8.17. На схеме сопротивления верхней и нижней цепочек обозначены какZ₁ иZ₂.

Рассмотрим мост Вина качественно: на частотах = 0 и=выходное напряжениеU_ = 0; следовательно, существует такая частота  (частота квазирезонанса), на которой выходное напряжение максимально U_ = U_max. Если принять С₁= С₂= С,R₁ = R₂ = R, то частота квазирезонанса₀= 1 /RC.

Зависимости коэффициента передачи моста Вина и угла фазового сдвига_от частоты представлены на рис.8.18. Коэффициент передачи

, (8.16.)

где сопротивления ,, и при условии, что С₁= С₂= С иR₁ = R₂ = R, определяется

. (8.17.)

На частоте квазирезонанса ₀RC – 1 / ₀RC = 0, поэтому(₀) =₀= 1/3.

Коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью

(8.18.)

при =₀равен. Если коэффициент петлевого усиления₀К₀= 1, то, что является условием превращения усилителя в генератор. Учитывая разброс₀и К₀, условие возбуждения выполняют с некоторым запасом. Чем больше₀К₀отличается от 1, тем увереннее возбуждение при малых токах.

Для уверенного возбуждения генератора произведение ₀К₀выбирают больше единицы при малых входных сигналах. Условие возбуждения усилителя при малых сигналах находится в противоречии с формой выходного напряжения генератора. Чем больше₀К₀при малых сигналах, тем больше амплитуда выходного напряжения и тем больше нелинейные искажения этого напряжения. В установившемся режиме работы генератора произведение₀К₀строго равно единице (₀К₀= 1). Однако уменьшение₀К₀в этом случае происходит за счет нелинейности амплитудной характеристики усилителя, а это приводит к появлению нелинейных искажений. Чтобы получить правильную форму выходного синусоидального напряжения и стабилизировать его амплитуду, усилитель охватывают жесткой ООС при помощи инерционного нелинейного элемента. В этом случае при возбуждении генератора уменьшение произведения₀К₀будет происходить за счет снижения коэффициента усиления усилителя при помощи ООС, а не за счет нелинейности выходной характеристики.

На рис.8.19. представлена схема генератора синусоидальных колебаний на ОУ с мостом Вина. Нелинейный элемент и элемент R_ОСпредназначены для получения требуемого коэффициента усиления усилительного звена. Поскольку на частоте₀коэффициент передачи звена₀= 1/3, то самовозбуждение генератора возможно при К₀3 (если₀К₀1). Согласно тому, что К₀= 1 +R_OC / R_НЭ, это будет соответствовать выборуR_OC / R_НЭ2. Сопротивление нелинейного элемента должно зависеть от действующего значения выходного напряжения, а его постоянная времени должна быть больше периода колебаний выходного напряжения.

7. Lc-генераторы синусоидальных напряжений

Схемная реализация LC-генераторов синусоидальных напряжений разнообразна. На рис.8.20. приведена схема генератора с трансформаторной обратной связью. Усилительный каскад выполнен на транзисторе ОЭ с известнымиR₁, R₂, R_Э, С_Э, С₂, предназначенными для задания режима покоя и температурной стабилизации. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора.

Чтобы усилитель возбудился, необходимо, чтобы ₀К₀1 при малых сигналах. За счет нелинейности выходной характеристики кривая тока коллектора будет несинусоидальной, а напряжение на контуре будет синусоидальным за счет избирательных свойствLC-контура.

На рис.8.21. представлена входная характеристика транзистора. Пусть точка В рабочая точка, тогда входное сопротивление транзистора велико, и, следовательно, коэффициент усиления будет небольшим:

. (8.19.)

Чтобы усилитель возбудился, точку В нужно сместить выше. Коэффициент усиления (рис.8.22.) при этом вначале будет возрастать, а затем падать за счет того, что рабочая точка будет заходить в область насыщения и область отсечки.

Пусть точка А рабочая точка, ее положение обеспечивается включением резистораR₁. Среднее за период значение коэффициента усиления будет уменьшаться. При малых сигналах сразу выполняется условие возбуждения генератора К>1 /. Этот режим являетсярежимом легкого возбуждения.

Если рабочая точка выбрана в положении В, то при малых сигналах условие возбуждения не выполняется (К <1 /), генератор не работает. Нужно сместить точку В в положение Д и выше, чтобы выполнялось условие возбуждения генератора К>1 /. Для этого нужно подать на базу от внешнего источника небольшое отрицательное напряжение. Этот режим называетсярежимом жесткого возбуждения(т.к. генератор нужно толкнуть). Для остановки генератора нужно убрать этот внешний сигнал.