Генератор синусоидальных колебаний

Известно, что для построения генераторов на основе усилителей необходимо выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд:

,

,

где индексом "y" обозначены параметры усилителя, а индексом "ос" – параметры цепи обратной связи.

В области низких частот в качестве частотно-зависимых цепей используют RC-цепи (на низких частотах габариты LC-цепей возрастают). В усилителях, предназначенных для построения генераторов, выходной сигнал может находиться в противофазе с входным сигналом, и тогда, по первому

условию баланса, частотно-зависимая RC-цепь должна давать фазовый сдвиг в 180°, т.е. π.

Примером такой цепи является схема, изображенная на рис.6.15в.

а б

в

Рис.6.15.

Это трехзвенный Г-образный RC-фильтр. Так как на одном звене невозможно получить фазовый сдвиг больше 90°, то цепь обычно состоит из трех или четырех звеньев. Если и , то .

На частоте коэффициент передачи фильтра равен . Для обеспечения баланса амплитуд необходимо, чтобы основной усилитель имел .

Цепь ОС включается к инвертирующему входу. ОУ дает сдвиг фазы 180° и еще 180° дает RC-цепь. В целом получаем баланс фаз. Но есть существенная деталь: так как входы ОУ имеют практический (виртуальный) ноль (т.е. потенциалы входов одинаковы), то на эквивалентной схеме мы получим . Т.е. для получения мы должны взять

. В реальных схемах приходится подстраивать путем замены на потенциометр или путем тщательного подбора для получения стабильной генерации. Также применяют генераторы со звеньями Г-типа, в которых резисторы и емкости меняют местами. При этом для одинаковых R и C. Первый тип генераторов обеспечивает самые низкие частоты, а второй – самые высокие. Для того чтобы изменить частоту генерации, необходимо одновременно менять все емкости или все резисторы трехзвенного Г-фильтра.

Одним из недостатков генератора на Г-RC-цепях является слабая избирательность фильтра. В результате, генерируемые колебания имеют значительные искажения формы сигнала, т.к. условие самовозбуждения выполняется не только для частоты настройки , но и близких к ней частот.

В качестве частотно-задающих цепей могут быть использованы цепи, не дающие фазового сдвига входного сигнала, имеющие нулевой сдвиг на частоте настройки (квазирезонанса) и максимальный коэффициент передачи. Это максимально-фазовые цепи. Примером такой цепи является мост Вина. На рис. 6.16,б показана последовательно-параллельная схема моста Вина.

а б

в

Рис.6.16.

На , а (см рис.6.16,в). Так как нет фазового сдвига в цепи, то ОУ тоже не должен давать сдвига, и цепь ОС должна подключаться к неинвертирующему входу (рис.6.16,а). Для баланса амплитуд должен быть не менее трех. Обычно и , т.е. . При разных значениях R и C .

На базе ОУ возможно также построение других частотно-зависимых схем, например фазовращателей, активных фильтров и т.д.