Расчет генератора синусоидальных колебаний

Генератор – устройство преобразующие энергию источника питания в сигнал синусоидальной формы.

Для питания индуктивных датчиков высокими частотами необходимы схемы генераторов синусоидальных колебаний. Такая схема нам потребу­ется, если несущая частота отличается от частоты сетевого напряжения - 50 Гц. Из курса электроники известно, что генератор незатухающих колебаний может быть получен из обычного усилителя с коэффициентом усиления k, охваченного положительной обратной связью , если выполняется условие k 1.

Генераторы делятся на два класса релаксационные и генераторы сину­соидальных колебаний. Релаксационные генераторы вырабатывают сигналы с широким спектром колебаний. Для питания индуктивных датчиков приме­нять сигналы с широким спектром колебаний нецелесообразно, поскольку высокочастотные составляющие сигнала будут вызывать большие потери в магнитопроводе, вызывая его бесполезный нагрев.

Идея построения генератора с мостом Вина состоит в том, чтобы построить усилитель с обратной связью, имеющей сдвиг фазы 180° на нужной частоте, а затем отрегулировать петлевое усиление таким образом, чтобы имели место автоколебания при выполнении условия k =1. Где k - коэффициент усиления операционного усилителя, а  - коэффициент ослабления сигнала в мосте Вина. Положительная обратная связь обеспечивает переход усилителя в режим генератора. Отрицательная обратная связь определяет ко­эффициент усиления в соответствии с формулой

где R_HL - омическое сопротивление лампы накаливания HL.

С хема моста Вина и генератора синусоидальных колебаний.

При этом коэффициент усиления операционного усилителя должен быть равен трем.

Применение лампы накаливания вместо обычного резистора обеспе­чивает надежный запуск генератора и работу операционного усилителя в ли­нейном режиме за счет сильной зависимости омического сопротивления лампы накаливания HL от температуры нити накаливания.

Выбираем R1=R2=22 кОм. С1=С2=С, которые найдем из условия

Т.к. fген=10÷20 fср, а по условию fcр=900 Гц, то fген=9000 Гц:

В стандартном ряду E12 есть значение 8,2 нФ.

Для запуска генератора необходимо обеспечить условие: k·β >1, а для надежной работы усилителя в линейном режиме k·β =1 (где k – коэффициент усиления опера­ционного усилителя, а β – коэффициент положительной обратной связи). Зададимся RHL=1000 Ом, тогда R3=2,05·RHL (в режиме покоя) и R3=2·RHL ( в режиме ра­боты), следовательно, R3=2000 Ом. Выставляем подстроечный резистор R3 в поло­жение 2000 Ом.

Выбор буферного каскада

Рис.8 Буферный каскад

Буферный каскад (рис.8) - это функциональный узел, в кото­ром входной и выходной сигналы одинаковы по знаку и по величине. Его ко­эффициент усиления К_ос = 1.

Входное сопротивле­ние R_вхбк =R_вх∙K →∞.

Выходное сопротивление R_выхбк = →0. Такие параметры оптимальны для согласования высокоомного источника сигнала и низкоомной на­грузки.