Общие сведения

Простейшая схема RC генератора синусоидальных колебаний на операционном усилителе приведена на рис. 3.10.1а. В ней операционный усилитель включён по неинвертирующей схеме, а в качестве звена положительной обратной связи используется полосовой фильтр со средней частотой w₀ = 1/RC. Такая схема называется мостовым генератором Вина.

Фазовый сдвиг фильтра на средней частоте равен нулю, а коэффициент передачи - b(w₀) = 1/3.

Известно, что условием возникновения стационарных колебаний в замкнутой системе является равенство выходного напряжения обратной связи и входного напряжения усилителя, т.е.:

,

где K_U – коэффициент усиления усилителя.

Отсюда следует, что для возникновения стационарных колебаний должно выполняться условие

.

При выполнении этого условия в схеме с идеальным операционным усилителем будут существовать незатухающие колебания с частотой f = 1/2pRC. Однако амплитуда этих колебаний будет неопределённой. Самое незначительное уменьшение R₂ приведёт к нарастанию амплитуды до уровня ограничения выходного напряжения усилителя по питанию, а незначительное увеличение – к затуханию колебаний.

Рис. 3.10.1

Эти обстоятельства требуют применения в составе генератора системы автоматического регулирования амплитуды. Один из возможных вариантов схемы с автоматическим регулированием амплитуды изображён на рис. 3.10.1.б. В ней резистор R₂ зашунтирован полевым транзистором с последовательно включённым сопротивлением. Параметры цепи выбираются так, чтобы при малой амплитуде выходного сигнала транзистор бы открыт и эквивалентное сопротивление цепи R_2ЭКВ с параллельно включённой цепочкой было заведомо меньше, чем 0,5R₁. Это обеспечивает возникновение колебаний и нарастание амплитуды. Когда амплитуда достигнет напряжения пробоя стабилитрона с последовательно включённым диодом, на затвор подаётся отрицательное напряжение, транзистор увеличивает своё сопротивление и дальнейший рост амплитуды прекращается. Надо иметь в виду, что такая простая цепь автоматического регулирования амплитуды несколько искажает форму выходного генератора.