Политех в Сети

Сайт для Учебы

RC-генераторы. Генератор с мостом Вина

Рейтинг пользователей: / 5
ХудшийЛучший 

Рассмотренные выше генераторы с колебательным контуром эффективны для получения высокочастотных колебаний. Для генерирования низких (звуковых) частот они неудобны из-за конструктивно-технологических недостатков. В связи с этим для получения гармонических колебаний в диапазоне от нескольких герц до нескольких сотен килогерц широко используются так называемые RC-генераторы. Остановимся на двух из возможных вариантов схемы RC-генераторов.

На практике часто используют RC-генератор в цепи положительной обратоной связи которого находится мост Вина. Схема моста Вина и его векторная диаграмма представлены на рис. 4.40.

Коэффициент передачи ненагруженного моста Вина согласно обозначениям рис. 4.40. равен

Где

,

(4.66)

а

(4.67)


С учетом формулы (4.76) выражение (4.66) принимает вид

(4.68)

Модуль коэффициента обратной связи формуле (4.68) равен

,

(4.69)

А сдвиг фаз между и

.

(4.70)


Графики b=b(F) и j=j(F) представлены на рис. 4.41. Известно, что усилительные каскады в зависимости от схемы включения усилительного элемента могут сдвигать фазу выходного напряжения относительно входного на p (схема с общим эмиттером) или не сдвигать ее (схема с общим коллектором). Значит, как следует из графика j=j(F) на рис. 4.41 Б, выполнение условия баланса фаз в генераторе с мостом Вина возможно на частоте, при которой j=0. Это означает, что генератор с мостом Вина должен содержать двухкаскадный усилитель с транзисторами, включенными по схеме с общим эмиттером.

Так как генерация в схеме с мостом Вина возможна для j=0, то, приравнивая числитель выражения (4.70) к нулю, получим

.

(4.71)

В реальных схемах чаще всего выполняются условия

R1=R2=R, C1=C2=C.

(4.72)

С учетом формулы (4.72) выражение (4.71) принимает вид

или .

(4.73)

Условие баланса амплитуд предполагает, что при положительной обратной связи K³1/B (Dj=j1+j2=0), первоначально возникшая какая-либо флуктуация напряжения на входе усилителя, проходя через него и цепь обратной связи, вновь попадает на его вход с амплитудой, большей, чем первоначальная. Если бы усилитель имел линейную зависимость K=y(UВх), то амплитуда нарастала бы бесконечно, но, поскольку зависимость K=y(UВх) нелинейна, рост напряжения обратной связи ограничивается усилителем.

Выражение (4.69) для коэффициента b на частоте w0 имеет вид

.

(4.74)

Или с учетом соотношений (4.72)

B=1/3.

(4.75)

Следовательно генерация в схеме с мостом Вина возможна при значениях K³3. Тогда для порога генерации получим

(4.76)

Поскольку в реальных схемах -генераторов могут иметь место различные процессы, приводящие к изменению коэффициента усиления K, например, изменение напряжения источника питания или ухудшение усилительных свойств транзистора и т. д., то для устойчивой работы автогенератора коэффициент K выбирают выше критического K>KКрит. Однако это условие приводит к перегрузке каскадов и искажению формы гармонического сигнала. Для устранения таких искажений в схему генератора вводят цепь местной отрицательной обратной связи, обеспечивающую возбуждение генератора и дальнейшую его работу с незначительным превышением KКрит. Используемая при выполнении данной работы принципиальная схема генератора с мостом Вина, собранная на биполярных транзисторах, включенных по схеме с общим эмиттером, и содержащая два каскада усиления,


приведена на рис. 4.42.

Для анализа возможности возникновения генерации в схемах с положительной обратной связью используют критерий Найквиста, устанавливающий условия устойчивости данной системы. Критерий устойчивости Найквиста можно сформулировать следующим образом: если амплитудно-фазовая характеристика разомкнутого тракта (рис. 4.43) с ОС охватывает точку с координатами (1, 0), то такая система является неустойчивой.

Анализ самовозбуждения рассмотренного выше RC-генератора с мостом Вина с помощью критерия Найквиста подтверждает полученные выше выражения: если K>KКрит=3, то генерация возможна, а при K<KКрит=3 генерация отсутствует. В случае K<KКрит=3 система представляет собой недовозбужденный генератор или регенерированный усилитель.

При подключении к автогенератору внешней гармонической эдс наблюдается явление захвата частоты. Это явление имеет место в по




лосе частот, ширина которой пропорциональна отношению амплитуды внешней эдс к амплитуде автоколебаний.