Автогенератор з багатоланковим RC - фільтром

RC - АВТОГЕНЕРАТОРИ

На низьких частотах (нижче Гц) застосування в автогенераторах LC - контурів виявляється незручним, оскільки індуктивність в них виходить надто великою, а добротність контурів низькою. Тому для частот звукового діапазону і нижче доцільніше застосовувати схеми без індуктивностей, тобто схеми, що містять лише R i C елементи. Ідея такого RC - автогенератора досить проста (рис.4.1).

У підсилювальному каскаді має бути створений позитивний зворотний зв’язок через чотириполюсник, що складається лише з резисторів і ємностей. На потрібній частоті цей чотириполюсник повинен обертати фазу сигналу на 180⁰. Цим буде забезпечене виконання фазової умови самозбудження саме на цій частоті. Крім того, на цій же частоті має виконуватись ще й амплітудна умова , де коефіцієнт підсилення каскаду на частоті . Звичайно цю умову неважко виконати, зробивши достатньо великим.

Автогенератор з багатоланковим RC - фільтром

Отже, задача зводиться до того, щоб побудувати з і елементів чотириполюсник, який би обертав фазу гармонічного сигналу з частотою на 180⁰.

Здатність обертати фаз має найпростіше диференцююча RC - комірка (рис.4.2а).Якщо вважати, що її вихідний струм дорівнює нулеві, то виявиться, що вихідна напруга випереджає вхідну напругу на фазовий кут

,

а величина вихідного сигналу дорівнює (рис.4.2б).

Здавалося б, що обравши частоту, на якій диференцююча комірка здійснює обертання фази на 60⁰, можна, увімкнувши послідовно три таких комірки, здійснити поворот фази на 180⁰ . Справа, одначе ускладнюється тим, що при послідовному увімкненні комірок кожна наступна комірка буде шунтувати і навантажувати вихід попередньої, так що зроблене вище припущення про = 0, буде вже неправомірним. Потрібно розв’язувати задачу одразу для всіх комірок (наприклад, методом контурних струмів) і розраховувати залежності і . Такий розрахунок показує, що вимога для трьох послідовно увімкнутих диференцюючих RC - комірок буде виконана на частоті

а модуль передачі напруги на цій частоті дорівнюватиме . Тому для успішної роботи схеми зображеної на рис.4.1 модуль коефіцієнта підсилення каскаду має бути не меншим від 29.

Подібний результат можна отримати і з трьома послідовно увімкненими інтегруючими RC - комірками. В цьому випадку

Можна, звичайно, побудувати фазобертаючий ланцюжок з RC - комірок більше за три. Вирази для та будуть тут трохи іншими. Але чи навряд доцільно ускладнювати схему, і тому на практиці звичайно користуються ланцюжками з трьох комірок.

Схема найпростішого RC - генератора з фазообертаючим ланцюжком з трьох диференцюючих RC - комірок зображена на рис.4.3.

Але по відношенню до неї слід зробити декілька зауважень:

а) вхідний опір RC - ланцюжка шунтує вихід підсилювального каскаду. Це призводить до того. що коефіцієнт підсилення каскаду дещо знижується, а поворот фази підсилювальним каскадом виявляється відмінним від 180⁰ . Тому при вибору елементів схеми бажано робити як можна меншим, а більшим (але так, щоб їх добуток зберігав потрібне значення);

б) вхід транзистора шунтує вихідний резистор останньої комірки ланцюжка. Тому при бажано узгоджувати вихід фазообертаючого ланцюжка зі входом транзистора через емітерний повторювач;

в) на відміну від - генераторів, де коливний контур виділяє на виході чисту гармонічну напругу навіть при великих нелінійних спотвореннях колекторного струму, в генераторах такої частотно-вибіркової ланки немає. Тому нелінійні спотворення колекторного струму будуть вповні відтворюватися у вигляді відповідних спотворень вихідної напруги. Отже, не рекомендується значно перевищувати амплітудну умову , бо значного виграшу у амплітуді при збільшенні не буде, а нелінійні спотворення зростуть.