Низкочастотные генераторы синусоидальных сигналов

Низкочастотные ИГ (звуковой и ультразвуковой частот) вырабатывают синусоидальные колебания с плавно и ступенчато регулируемыми частотами (20 Гц¸200 кГц), амплитудой (от долей милливольт до 150 В) при нескольких фиксированных значениях сопротивления нагрузки, максимальной мощностью 1 мВт–10 Вт.

Нелинейные искажения синусоидального выходного сигнала характеризуются коэффициентом гармоники, равным отношению среднеквадратического напряжения суммы всех гармоник сигнала U₂, …, U_k, кроме первой, к среднеквадратическому напряжению U₁ первой (основной) гармоники:

.

Коэффициент К_г зависит от значений частоты и выходной мощности сигнала.

Диапазон генерируемых частот характеризуется коэффициентом перекрытия, равным отношению максимальной генерируемой частоты f_max к минимальной f_min:

.

Расширение диапазона генерируемых частот возможно за счет применения поддиапазонов.

Стабильность частоты ИГ определяется отношением абсолютного изменения частоты Df к начальной частоте f₀ при определенных условиях:

,

где f₁ – частота ИГ, измененная внешними условиями.

Точность установки частоты определяется качеством устройства шкалы и механизмами настройки.

Абсолютная погрешность установки частоты для ИГ низких частот

,

где d_f – относительная погрешность; n – минимальное значение абсолютной погрешности установки частоты, Гц.

Измерительные генераторы имеют малое выходное сопротивление, значение которого можно регулировать для согласования с сопротивлением внешней нагрузки. В них предусматривается регулировка в широких пределах частоты и напряжения (мощности) выходного сигнала.

Измерительный генератор состоит из задающего генератора, усилителя мощности, выходного устройства (рис. 8. 1).

Рис. 8. 1. Схема измерительного генератора низкой частоты

Задающий генератор создает стабильные по частоте и амплитуде синусоидальные колебания в требуемом диапазоне частот. Он во многом определяет характеристики ИГ (форму или периодичность выходного сигнала). В зависимости от схемного решения задающего генератора ИГ делят на LC-генераторы, генераторы на биениях и RC-генераторы.

Усилитель мощности обеспечивает развязку задающего генератора от нагрузки, усиливает напряжение (мощность) генерируемых колебаний на заданной нагрузке, т.е. согласует выход задающего генератора с выходным устройством ИГ.

Выходное устройство состоит из аттенюатора, согласующего трансформатора, электронного вольтметра. Аттенюатор изменяет, а электронный вольтметр контролирует уровень выходного напряжения (мощности), подводимого к нагрузке. Согласующий трансформатор согласует выходное сопротивление ИГ с сопротивлением нагрузки, что обеспечивает получение максимальной выходной мощности и минимальных нелинейных искажений.

5.2.1. LC-генераторы

В LC-генераторах частота генерируемых колебаний f определяется емкостью С и индуктивностью L колебательного контура задающего генератора, работающего в режиме самовозбуждения:

.

Основные недостатки LC-генераторов – громоздкость колебательного контура и сложность его перестройки. Для создания измерительного генератора с регулируемой частотой 20 Гц¸20 кГц, т.е. при коэффициенте перекрытия К_пер = 10³, требуются большие емкости и индуктивности. Широкого распространения LC- генераторы не получили; изготовляются они на узкий диапазон частот либо на одну или несколько фиксированных частот.