RC-генератор с мостом Вина

Генераторы сигналов

Генераторы гармонических сигналов

Общие сведения

Для усилителя с обратной связью коэффициент усиления определяется выражением

. (6.1)

Если , то формально коэффициент усиления стремиться к бесконечности. Это означает, что в усилителе могут возникнуть незатухающие колебания. Если коэффициенты являются действительными положительными или отрицательными, то условие (6.1) выполняется если:

и или и . (6.2)

Цепь обратной связи с нулевым фазовым сдвигом (мост Вина).

а) б)

Рис. 6.1 а) – принципиальная схема моста Вина; б) – схема замещения

Для схемы замещения рис. 6.1,б определим выходное напряжение

, соответственно

. (6.3)

, .

действительна, при действительном отношении .

, отношение действительно при мнимом числителе , тогда обратная связь действительна при , отсюда частота автоколебаний равна

. (6.4)

Если и , то

. (6.5)

При выполнении условия (6.5) модуль передачи на частоте равен .

Амплитудная и фазная частотные характеристики для приведены на рис. 6.2.

Рис. 6.2 Частотные характеристики моста Вина

RC-генератор с мостом Вина

Рис. 6.3 Принципиальная схема RC-генератора с мостом Вина

Функциональная схема генератора приведена на рис. 6.4. Генератор состоит из неинвертирующего усилителя с коэффициентом усиления К_U = 3 и цепи обратной связи с коэффициентом .

Рис. 6.4 Функциональная схема RC-генератора

Неинвертирующий усилитель выполнен на операционном усилителе DA1. Емкость С3 достаточно большая и на частоте генераций обладает практически нулевым сопротивлением. Коэффициент усиления усилителя равен

, (6.6)

где – параллельное включение сопротивления R4 и сопротивления сток-исток полевого транзистора VT1.

При малых напряжениях сток-исток полевой транзистор ведет себя как активное сопротивление. Минимальное значение этого сопротивления при нулевом напряжении затвор-исток. Сопротивления R₃, R₄ выбираются так, чтобы

. (6.7)

При нулевом напряжении затвор исток транзистора VT1 (в момент подачи питающего напряжения) коэффициент усиления усилителя больше трех и происходит быстрое увеличение автоколебаний. Кода амплитуда автоколебаний достигнет такого значения, что начинает открываться диод VD1 и стабилитрон VD2, то конденсатор С4 начинает заряжаться (минусом к затвору), транзистор VT1 закрываться, его сопротивление сток-исток увеличивается, коэффициент усиления падает, рост амплитуды автоколебаний прекращается. Обратная связь по амплитуде автоколебаний обеспечивает ее стабильность.

Конденсатор С3, представляя разрыв на постоянном токе, снижает коэффициент по постоянному току до единицы, уменьшая тем самым дрейф (постоянную составляющую) в выходном напряжении генератора.

Конденсатор С4 сглаживает напряжение затвор-исток транзистора VT1, обеспечивая постоянство его сопротивления в течение периода автоколебаний. Так как все элементы схемы работают на своих линейных участках, то автоколебания носят гармонический (синусоидальный) характер.

Генератор надежно возбуждается, имеет малый дрейф, малые нелинейные искажения. Изменение частоты автоколебаний плавно осуществляется одновременным изменением сопротивлений R1, R2 (применяется сдвоенный потенциометр). Ступенчатое изменение частоты осуществляется переключением конденсаторов С1, С2.