LC и RC-генераторы

6.2.1 LC- генераторы..

Множество существующих схем LC—генераторов отличаются способами включения колебательного контура и создания ПОС. Популярна схема с колебательным контуром, подключенным тремя точками к остальной схеме (поэтому схема генератора называется трехточечной). Частота колебаний определяется собственной частотой резонансного контура.

При включении питания в контуре возбуждается частота

f₀ = . Поданная на базу транзистора, она усиливается и подаётся на выход и обратно на контур для поддержания колебаний. Важно, чтобы энергии усиленных колебаний хватило на поддержание колебаний. Разделительные емкости С_р не позволяют поступать в контур и на нагрузку постоянному току. Индуктивность L затрудняет прохождение колебаний через источник питания, который может иметь очень малое сопротивление переменному току.

В зависимости от характера элемента, подключаемого к базе (в данной схеме—индуктивность), трехточечные схемы бывают индуктивными или емкостными.

Для построения LC-генераторов гармонических колебаний удобно использовать интегральные операционные усилители.

Часто связь с транзистором осуществляют с помощью трансформатора.

6.2.2 RC—генераторы. Стабилизация частоты.

LC-генераторы хороши для высоких частот: чем выше частота, тем меньше размеры конденсаторов и емкостей. Для низких частот выгодно применять RC—генераторы., тем более, что технологически выгоднее использовать сопротивления.

Для того, чтобы устройство работало на постоянной частоте используются RC-цепи, главной особенностью которых является высокий коэффициент передачи на одной частоте и низкий на других частотах. Вследствие этого одна из частот усиливается, другие подавляются. Такая цепь устанавливается на входе первого усилительного каскада генератора.

Для генерации необходима положительная ОС. Так как один каскад создает фазовый сдвиг 180⁰, необходим второй каскад. Суммарный сдвиг по фазе составит 360⁰, что эквивалентно нулю. Первый каскад собран на основе транзистора VT1, второй –на основе VT2. Второй каскад—обычный усилитель с ООС и разделительным конденсатором С3.

ПОС генератора создается с помощью частотно-зависимого четырехполюсника, состоящего из резисторов R1 и R3, конденсаторов С1 и С2. Такой четырехполюсник хорошо пропускает частоту f, на которую он рассчитан, но сильно ослабляет другие частоты и известен под названием мост Вина. Сопротивление R3 дополнительно участвует в цепи смещения базы транзистора. На четырехполюсник подается напряжение с выхода второго каскада. Эмиттерной ООС в цепи первого каскада быть не должно, так как она уменьшает коэффициент усиления каскада. Обычно выбирают R₁=R₂=R и C₁=С₂=С. Тогда частота генерации

f =

Условие R₁=R₂ практически невыполнимо из-за шунтирования резистора R₃ транзистора.

Значительно проще выполнить RC—генератор с помощью ОУ. При этом легко выполнить его перестраиваемым по амплитуде с помощью второго входа (резистор R₄). Как видно из рис. ПОС осуществляется через мост Вина от выхода на неинвертирующий вход. Частоту можно регулировать одновременным изменением сопротивлений или емкостей (сдвоенными регуляторами)

Частотно-зависимые четырехполюсники могут иметь максимальный коэффициент передачи вблизи резонансной точки, либо минимальный. В зависимости от этого его необходимо устанавливать либо в цепь неинвертирующего входа (как на рис.), либо в цепь инвертирующего входа ОУ.

На частоту генератора влияет множество факторов (температура, напряжение ИП, влажность, нагрузка и т.д.). Большинство методов стабилизации частоты сводится к уменьшением потерь автогенератора. Но наиболее эффективным способом стабилизации частоты является применение кварцевых стабилизаторов.

Кварц в первом приближении представляет собой последовательно соединенные сопротивление, емкость и индуктивность, т.е. он является последовательным резонансным контуром. Резонансная частота его определяется выражением

f₀= .

Частота кварца определяется его размерами. Обычно кварц включают в цепь ОС. Для выполнения условий самовозбуждения необходимо, чтобы частота генератора была кратна частоте кварца. Генератор работает на частоте кварца (при равенстве частот) или на частоте гармоник кварца.

Кварцевая стабилизация позволяет стабилизировать относительную частоту генератора на два-три порядка по сравнению с обычными генераторами. Для получения более высокой степени стабилизации частоты применяют термостатирование.