Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
вариант реализуется в генераторе с фазовращателем, схема которого
приведена на рис. 12.1.
Рис. 12.1. Генератор с фазовращателем (синусоидальный выход).
Чтобы получить колебания, необходима фазосдвигающая цепь, поскольку, как
мы видели в разделе 1.6.3, усилитель дает сдвиг фазы выходного сигнала по
отношению к входному 180°. Следовательно, для получения положительной
обратной связи внешняя цепь (Л,, С,, R2, С2, Ry С3) должна сдвигать фазу
еще на 180°. Такой трехступенчатый фазовращатель показан отдельно на рис.
12.2. Заметим, что резистор Яъ на рис. 12.2 представляет собой
параллельное соединение резисторов R3 и на рис. 12.1. В усилителе
используется схема Дарлингтона, так что можно пренебречь входным
сопротивлением транзистора, поскольку оно очень велико. Интересно
отметить, что для получения фазового сдвига 180° в результате прохождения
через пассивную цепь необходимы три RC-звена, чтобы иметь заметный
выходной сигнал. Одно Л С-звено может, в принципе, дать сдвиг фазы как
раз 90°, но для этого сопротивление конденсатора должно быть много больше
сопротивления резистора, в результате чего имеет место почти бесконечное
ослабление.
Резистор-"пробка" R} с сопротивлением 100 Ом (рис. 12.1) служит для
подавления нежелательного возбуждения на высокой частоте.
Ослабление и сдвиг фазы в схеме, приведенной на рис. 12.2, можно найти из
анализа цепи, подобного тому, который был использован при расчете
Генераторы синусоидальных колебаний 343
с,
Рис. 12.2. Схема фазовращателя.
фильтров в разделе 11.14, начиная с выхода схемы. Если R{ = R^ = R} и С{
= С2 = С3, то
чЗ
^=1-
(ojRC):
¦ + J
1
coRC
6
coRC
(12.2)
Чтобы найти круговую частоту а>0, на которой сдвиг фазы цепи обратной
связи равен 180°, надо приравнять нулю мнимую часть этого выражения, то
есть
1
6
{a)0RCf co0RC поэтому
1
или
=
/о =
6(RC)2 ' 1
4бRC '
1
2tz4(>RC
Гц.
(12.3)
Подставляя со - со0 в выражение (12.2), получим, в конце концов, величину
затухания цепи, то есть коэффициент обратной связи р в соотношении (4.1):
- = 1-5x6 = -29,
Vo
следовательно,
_1_
29
Отрицательный знак указывает на то, что сдвиг фазы равен180°, в то время
как численная величина говорит о том, что для поддержания колебаний
усилителю необходимо иметь коэффициент усиления не менее 29. Схе-
344 Схемы с положительной обратной связью и генераторы
ма на рис. 12.1 очень хорошо подходит для экспериментов. Ниже дается
несколько советов:
(a) Измерьте частоту колебаний путем сравнения на осциллографе с
колебаниями лабораторного генератора. Лучше все же воспользоваться
цифровым частотомером. Сравните ваш экспериментальный результат с
теоретическим значением.
(b) Изучите на осциллографе форму выходного сигнала. Является ли она
хорошим синусоидальным колебанием? Если доступен двухлучевой осциллограф,
используйте выходной сигнал лабораторного генератора для сравнения. Часто
искажения сигнала на выходе генератора с фазовращателем достаточно
серьезные, поскольку единственной причиной ограничения амплитуды
выходного сигнала является нелинейность, имеющаяся в транзисторе при
больших выходных сигналах. Кроме того, с изменением частоты сдвиг фазы в
фазовращателе изменяется довольно медленно. В результате коэффициент
передачи фазовращателя все еще остается значительным для гармоник
основной частоты, и компоненты сигнала, возникающие в результате
искажений, проходят с его входа на выход.
(c) Если используется регулируемый источник постоянного напряжения, то
с его помощью удобно провести тонкую установку коэффициента усиления
схемы. Уменьшим Vcc до такой величины, при которой в схеме еще
сохраняются колебания: форма колебания при этом должна быть совсем близка
к синусоидальной. Теперь можно измерить коэффициент усиления усилителя,
удалив конденсатор С3 и подавая сигнал в точку соединения резисторов R2 и
R4 через обычный развязывающий конденсатор емкостью порядка 10 мкФ.
Сравните измеренный коэффициент усиления с теоретическим значением,
равным 29.
(d) Самым простым способом изменения частоты выходного сигнала является
изменение емкости конденсаторов С,, С2, С3 ( вместо этого можно изменить
сопротивление резисторов Rv R2 и Rv но при этом следует пропорционально
изменить и R4, чтобы сохранить правильный режим усилителя по постоянному
току). Исследуйте частотный диапазон, в котором схема будет генерировать.
Ограничение в области нижних частот накладывает реактивное сопротивление
конденсатора С4, а на высокой частоте становится значительным влияние
паразитных емкостей, уменьшающих коэффициент усиления и вводящих
нежелательный сдвиг фазы.
12.2.2 Генератор с мостом Вина
Генератор с мостом Вина является наиболее популярной схемой генератора
звуковых частот. Он обладает достаточно хорошей стабильностью частоты и
может давать очень малые искажения; кроме того, он легко перестраивается.
На рис. 12.3 показана простейшая схема генератора с мостом Вина, где в
качестве усилителя используется ОУ 741. Частотно-зависимое плечо моста
