 |
|
RC-генераторы синусоидальных напряжений
RC-генератор синусоидальных напряжений представляет собой широкополосный усилитель, охваченный положительной частотнозависимой обратной связью. В качестве частотнозависимой обратной связи чаще всего используют мост Вина. Схема моста Вина представлена на рис.8.17. На схеме сопротивления верхней и нижней цепочек обозначены как Z1 и Z2.
Рассмотрим мост Вина качественно: на частотах w = 0 и w = ¥ выходное напряжение Ub = 0; следовательно, существует такая частота w (частота квазирезонанса), на которой выходное напряжение максимально Ub = Ubmax. Если принять С1 = С2 = С, R1 = R2 = R, то частота квазирезонанса w0 = 1 / RC.
Зависимости коэффициента передачи моста Вина b и угла фазового сдвига jb от частоты представлены на рис.8.18. Коэффициент передачи
, (8.16.)
где сопротивления 
, 
, и при условии, что С1 = С2 = С и R1 = R2 = R, определяется
. (8.17.)
На частоте квазирезонанса w0RC – 1 / w0RC = 0, поэтому b(w0) = b0 = 1/3.
Коэффициент усиления усилителя, охваченного обратной связью
(8.18.)
при w = w0 равен 
. Если коэффициент петлевого усиления b0×К0 = 1, то 
, что является условием превращения усилителя в генератор. Учитывая разброс b0 и К0, условие возбуждения выполняют с некоторым запасом. Чем больше b0×К0 отличается от 1, тем увереннее возбуждение при малых токах.
Для уверенного возбуждения генератора произведение b0×К0 выбирают больше единицы при малых входных сигналах. Условие возбуждения усилителя при малых сигналах находится в противоречии с формой выходного напряжения генератора. Чем больше b0×К0 при малых сигналах, тем больше амплитуда выходного напряжения и тем больше нелинейные искажения этого напряжения. В установившемся режиме работы генератора произведение b0×К0 строго равно единице (b0×К0 = 1). Однако уменьшение b0×К0 в 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 b0×К0 будет 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 RОС предназначены для получения требуемого коэффициента усиления усилительного звена. Поскольку на частоте w0 коэффициент передачи звена b0 = 1/3, то самовозбуждение генератора возможно при К0 ³ 3 (если b0×К0 ³ 1). Согласно тому, что К0 = 1 + ROC / RНЭ, это будет соответствовать выбору ROC / RНЭ ³ 2. Сопротивление нелинейного элемента должно зависеть от действующего значения выходного напряжения, а его постоянная времени должна быть больше периода колебаний выходного напряжения.
