![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
RC-автогенераторы гармонических колебаний
В области частот от долей герца до нескольких десятков килогерц RC- генераторы имеют значительные преимущества перед LC -генераторами, так как при уменьшении частоты генерации увеличиваются габариты L- и С- элементов контура, растут их потери (сопротивление катушки L, ток утечки конденсаторов). При этом уменьшается добротность контура, понижается стабильность частоты и искажается форма генерируемых колебаний. Работа RC -генераторов основана на использовании частотно-зависимых цепей, составленных из резисторов и конденсаторов. По принципу построения схемы RC -генераторы подразделяются на две основные группы: а) генераторы с поворотом фазы в цепи обратной связи; б) генераторы без поворота фазы в цепи обратной связи. RC-генераторы с поворотом фазы в цепи обратной связи содержат усилитель, обеспечивающий фазовый сдвиг
Одно звено RC -цепи обеспечивает фазовый сдвиг от 0 до 900, двух-звенная цепочка может обеспечить максимальный фазовый сдвиг 1800 только на нулевой или высокой частоте (в зависимости от конфигурации). Поэтому в RC -генераторах применяют 3-звенные или (реже) 4-звенные цепочки. Для фазирую-щих RC -цепей частота На квазирезонансной частоте æ = (Uвых / Uвх) =1/29. Таким образом, усилительный каскад со сдвигом фазы усиливаемого сигнала на 1800, в котором применена ПОС с помощью 3-звенных цепочек R -параллель или С -параллель, может генерировать колебания с частотой f0, если его коэффициент усиления превышает 29.
Частота генерации f 0 определяется параметрами цепочки R и С и равна для цепочки R -параллель:
для цепочки С -параллель:
На рис. 2.5, а в качестве примера приведена схема RC-генератора с цепочкой R -параллель. Резисторы R 31, R 32, Rэ и емкость С э обеспечивают положение рабочей точки транзистора и ее температурную стабилизацию. Роль сопротивления R3 третьей RC-цепочки выполняют параллельно соединенные по переменному току сопротивления R3 1, R3 2 и входное сопротивление транзистора: Такую схему целесообразно использовать для генерации синусоидального напряжения фиксированной частоты, так как для ее перестройки нужно одновременно изменять 3 сопротивления, что затруднительно.
а – последовательно-параллельная RC-цепь и ее АЧХ; б – схема В генераторах без сдвига фазы в цепи обратной связи в качестве частотно-избирательной цепочки наибольшее распространение получила последовательно-параллельная RC -цепь, приведенная на рис. 2.6, а. Обозначим: æ = Подставив в это выражение значения Z 1 и Z 2, после несложных преобразований, получаем: æ = Зависимость коэффициента передачи æ и угла сдвига На квазирезонансной частоте коэффициент передачи должен быть действительной величиной, т.е. выражение в скобке должно быть равно нулю. Приравнивая скобку нулю, получаем: Отсюда находим:
На этой же частоте коэффициент передачи: æ = Так как в реальных схемах, обычно: R 1 = R 2 = R, С 1 = С 2 = С, то æ = Таким образом, с рассмотренной цепью максимального типа усилитель не должен вносить фазовых сдвигов и должен иметь коэффициент усиления не менее 3. Этим требованиям удовлетворяют, например, неинвертирующий операционный усилитель (ОУ), двухкаскадный усилитель на транзисторах с общим эмиттером и др. На рис. 2.6, б приведена схема генератора на ОУ. Выход последовательно-параллельной цепи подключен к неинвертирующему входу ОУ. Поскольку коэффициент усиления ОУ Кu > > 3, то в усилителе применена глубокая отрицательная обратная связь (ООС). Напряжение ООС подается с выхода генератора на инвертирующий вход ОУ; оно снимается с регулируемого делителя, образованного резистором R 3 и полевым транзистором. Для стабилизации выходного напряжения ООС обычно выполняется нелинейной. В рассматриваемом примере в качестве нелинейного элемента (резистора) использован переход исток-сток полевого транзистора. Стабилизация выходного напряжения осуществляется следующим образом. На затвор ПТ подается выпрямленное и сглаженное выходное напряжение. При увеличении Uвых возрастает потенциал затвора, транзистор подзакрывается, его сопротивление увеличивается, растет напряжение ООС, что приводит к уменьшению Uвых почти до первоначального значения. 2.2.3. Избирательные RC–усилители Избирательные усилители предназначены для выделения сигналов в узкой полосе частот. Они могут быть построены по схеме с частотно-зависимой нагрузкой (например, параллельный колебательный контур) и с частотно-зависимой обратной связью. Первые из них называются резонансными, а вторые, рассматриваемые в этом параграфе, – избирательными. В рассмотренных ранее RC-генераторах с поворотом и без поворота фазы в цепи ОС при коэффициенте усиления усилителя, меньше критического КU < 1 /æ генерация не возникает. Срыв генерации легко осуществить введением дополнительной частотно-независимой отрицательной обратной связи (ООС). При этом усилитель вместе с фазосдвигающим четырехполюсником обладает избирательными свойствами. Например, в схеме рис. 2.6 цепь положительной ОС (цепь максимального типа) на квазирезонансной частоте f0 не вносит сдвига по фазе, поэтому подаваемое с выхода усилителя напряжение ОС суммируется с входным сигналом и усиление усилителя максимально. При удалении от частоты f0 коэффициент обратной связи æ уменьшается, уменьшается напряжение положительной ОС и КU снижается. На квазирезонансной частоте f0 напряжение U ВЫХ максимально, а на других частотах резко падает. Полоса пропускания усилителя зависит от коэффициента усиления усилителя и чем ближе КU к критическому значению, тем меньше полоса пропускания. Однако такие усилители неустойчивы. Малейшие отклонения коэффициента усиления усилителя или коэффициента обратной связи æ меняет общий коэффициент усиления и избирательность усилителя, а при КU • æ ≥ 1 усилитель самовозбуждается. На практике избирательные RC -усилители, как правило, строят применением частотно-зависимой ООС, используя цепи минимального типа, имеющие на квазирезонансной частоте f0 минимальное значение коэффициента обратной связи æ и нулевой фазовый сдвиг. Одним из часто используемых в цепи ОС четырехполюсников минимального типа является мост Вина (рис. 2.7, а), состоящий из параллельно-последовательной RC-цепи и двух резисторов. АЧХ моста Вина приведена на рис. 2.7, б (линия 1). Мост Вина включается в цепь ООС операционного усилителя, как показано на рис. 2.7, в. Результирующий коэффициент усиления усилителя, охваченного цепью ООС, определяется выражением [3]: КОС = К / (1 + æ К). (2.19) На частоте f0, где ООС менее глубокая, KОС имеет максимальное значение, а на других частотах резко уменьшается в результате воздействия двух факторов: увеличения коэффициента обратной связи æ цепи ООС и уменьшения выходного напряжения, воздействующего на цепь частотно-независимой положительной ОС через резистор R3.
Схема избирательного усилителя с мостом Вина изображена на рис. 2.7, в, а его АЧХ – на рис. 2 7, б (кривая 2). Ширина полосы пропускания усилителя Δ f определяется на уровне 1/√ 2 = 0, 707 от максимального значения АЧХ и равно: Δ f = fВ – fН. (2.20) Отношение квазирезонансной частоты f0 к ширине полосы пропускания Δ f называется эквивалентной добротностью Q: Q = f0 / Δ f. (2.21) Добротность Q в рассматриваемой схеме обычно имеет величину порядка нескольких единиц, т. е. повышается в единицы - десятки раз по сравнению с эквивалентной добротностью последовательно-параллельной цепи (или моста Вина), равной 1/3. При повышении коэффициента усиления усилителя добротность Q увеличивается, при этом, однако, уменьшается стабильность характеристики.
|