Генератор электрических колебаний высокой частоты (стр. 4 из 4)

4.4 Условия самовозбуждения RC – автогенератора

Наибольший угол φ, который можно получить при изменении значений элементов RC- цепи, близок к 90⁰. Практически элементы схемы R и C подбирают так. Чтобы угол φ=60⁰. Следовательно, для получения угла сдвига фаз φ=180⁰, необходимого для выполнения условия баланса фаз. Требуется последовательно включить три звена RC.

На рис. № 8 в,г показаны два варианта схем трехзвенных фазосдвигающих цепей. Сдвиг фаз между выходным и входным напряжением на угол 180⁰ при R1=R2=R3=R и C1=C2=C3=C обеспечивается на частотах: f₀₁≈

(в схеме на рис. № 8в) и f₀₂≈ (в схеме на рис. № 8г), где R выражено в омах, C- в фарадах, а f₀- в герцах. Значения f₀₁ иf₀₂ одновременно частоту автоколебаний.

Для обеспечения баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя К_ус не должен быть меньше коэффициента передачи цепи обратной связи К_о.с.=

. Расчеты показывают, что для приведенных схем К_о.с=. Таким образом, автоколебания в RC- генераторах, содержащих трехзвенные фазосдвигающие цепи с одинаковыми звеньями, возможно лишь при выполнении условий

f_авт= f₀₁ (или f_авт= f₀₂); К_ус≥29.

4.5 RC- автогенераторы с согласующим каскадом

Схема такого генератора представлена на рис. 9.

Рис.№9. Принципиальная схема RC-автогенератора с согласующим каскадом и трехзвенной фазосдвигающей цепью

Усилитель собран на транзисторе VT1. Нагрузкой усилителя является резистор R3. Фазосдвигающая цепь состоит из элементов C4-C6, R4-R6. Резисторы R4-R6 включены по переменному току параллельно нагрузке усилителя- резистору R3-и шунтирует её, что приводит к уменьшению усиления каскада. Для уменьшения шунтирующего действия рекомендуется выбирать сопротивление резистора RC- звеньев фазосдвигающей цепи значительно больше R3.

С точки зрения обеспечения баланса фаз данный автогенератор можно было бы выполнить только на одном транзисторе VT1. Однако в этом случае небольшое входное сопротивление транзистора будет шунтировать цепь обратной связи и резко уменьшать её коэффициент передачи. Поэтому целесообразно разделить выход фазосдвигающей цепи и вход усилителя с помощью специального согласующего каскада на транзисторе VT2, называемым эмиттерным повторителем. Нагрузкой этого каскада служит резистор R9, включенный в цепь эмиттера транзистора VT2. Эмиттерный повторитель имеет большое входное сопротивление и поэтому мало шунтирует фазосдвигающую цепь.

Автогенераторы с фазосдвигающими цепями обычно применяют для генерирования синусоидальных колебаний фиксированный частоты, что связано с трудностью перестройки частоты в широком диапазоне.

4.6 RC- автогенератор с мостом Вина

Если усилитель изменяет фазу входного сигнала на 2π (например, усилитель, имеющий четное число каскадов), введение в него положительной обратной связи обеспечивает возможность генерирования колебаний без включения специальной фазосдвигающей цепи. Для выделения колебаний требуемой частоты, содержащихся в выходном напряжении такого генератора, в цепи обратной связи включают четырехполюсник, имеющий частотно-избирательные свойства. Принципиальная схема такого четырехполюсника, представляющего собой одну из ветвей моста Вина, изображена на рис. № 10.

Рис.10. Принципиальная схема частотно-избирательного четырехполюсника

Для генерирования автоколебаний необходимо, чтобы такой четырехполюсник не вносил сдвига между напряжениями U1и U2, что возможно, если отношение

=

-положительное вещественное число. В последнем уравнении сопротивление Z1образовано последовательным соединением элементов R1 и C1, а сопротивление Z2-параллельным соединением R2 и C2. Так как

Z₁=R1+=Z₁e^jψ1, а Z₂= =Z₂e^jψ2,

.

Отсюда видно, что если ψ₂=ψ₁, отношение

выражается вещественным числом, следовательно сдвиг фаз между напряжениями U₁ и U₂ равен нулю. Частота, на которой ψ₁= ψ₂, определяется соотношением

f₀=. Удобно выбрать R₁=R₂=R, C₁=C₂=C. В этом частотном случае

Принципиальная схема автогенератора с мостом Вина изображена на рис. № 11.

Рис.№ 11 Принципиальная схема RC-автогенератора с мостом Вина.

Автогенератор содержит два транзистора VT1и VT2, на которых собран двухкаскадный резисторный усилитель. Нагрузкой первого каскада является резистор R4, а второго- R9. Выходное напряжение усилителя поступает на его вход через цепь C2R1C1R3, являющуюся одной из ветвей моста Вина. Вторая ветвь, образованная резисторами R6,R5, соединена с выходом усилителя через конденсатор C5 большой емкости, благодаря чему цепь R6R5 не создает заметного сдвига фаз.

При этом минимальный коэффициент усиления, требуемый для выполнения баланса амплитуд, К_ус=3. Последнее требование выполняется достаточно легко, так как реальный двухкаскадный усилитель имеет коэффициент усиления напряжения, намного превышающий значение К_ус=3. Поэтому целесообразно наряду с положительной обратную связь, которая, снижая коэффициент усиления, существенно уменьшает нелинейные искажения генерируемых колебаний. Отрицательная обратная связь в рассматриваемой схеме осуществляется с помощью элементов R5, R10 и цепи C5R6.частота автоколебаний изменяется одновременно регулировкой емкости конденсаторов C1,C2 или сопротивления резисторов R1,R3. В обоих случаях диапазон регулировки, получается значительно больше того, который может быть достигнут в LC-генераторах.

4.7 Принцип получения релаксационных автоколебаний

Если условия самовозбуждения в RC-автогенераторе выполняются на на одной частоте, а в широком диапазоне частот, выходное напряжение генератора будет представлять собой последовательность импульсов, характеризующихся быстрым нарастанием и резким спадом. Такие генераторы называют импульсными. Эти генераторы не содержат колебательных систем, поэтому стабильность колебаний в них значительно хуже, чем в синусоидальных автогенераторах.

Литература

1. Шинаков Ю.С., Колодяжный Ю.М. Теория передачи сигналов электросвязи: Учебник для техникумов. -М.: Радио и связь.1989.-288 с.: ил.

2. Вайсбург Ф.И., Панаев Г.А., Савельев Б.Н. Электронные усилители и приборы. Учебник для техникумов. –М.: Радио и связь.1987.-472 с.: ил.

3. Добротворский И.Н. Теория электрических цепей: Учебник для техникумов. -М.: Радио и связь.1989.-472 с.: ил.

4. Гусев И.Г., Гусев В.М.Электроника: Учебное пособие. - М.: Высш.шк., 1991.- 662 с.