3.6.5. Использование операционных усилителей для построения автогенераторов гармонических колебаний

Одним из основных элементов автогенератора является усилитель. Как отмечалось выше, универсальный характер имеют операционные усилители (ОУ), в частности они могут быть использованы для построения схем генераторов гармонических колебаний. Современная электроника характеризуется самым широким применением интегральных микросхем (МС). Для создания автогенераторов обычно используют ОУ в интегральном исполнении. Конструирование генератора в этом случае сводится к выбору типа МС и способа подключения к ней дискретных элементов обратной связи и внешних элементов, определяемых типом МС. При этом принципы построения автогенераторов, рассмотренные ранее, условия самовозбуждения и способы стабилизации частоты остаются прежними.

На базе операционных усилителей можно построить автогенераторы всех перечисленных выше типов. На рис.3.35 изображена схема RC-генератора с мостом Вина на интегральном операционном усилителе

К140УД2. Мост Вина (R₁C₁, R₂C₂) включен в цепь положительной обратной связи. Цепь отрицательной обратной связи, являющаяся резистивным регулируемым делителем R₃R₄, включена между выходом и инвертирующим входом усилителя. Принцип работы схемы не отличается от рассмотренного выше RC-генератора на дискретных элементах.

3.6.6. Стабилизация частоты автогенераторов

Стабильность и надежность работы многих электронных устройств существенно зависит от стабильности частоты автогенератора, вырабатывающего управляющие сигналы.

Основными факторами, вызывающими изменение частоты, являются:

- влияние температуры на параметры элементов схемы;

- нестабильность напряжения источника питания;

- колебания атмосферного давления и влажности;

- изменение нагрузки автогенератора.

Для уменьшения нестабильности частоты применяют высокостабильные резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности колебательных контуров и фазирующих цепей, а усилительные звенья выбираются с высоким значением коэффициента температурной нестабильности. В некоторых случаях схема автогенератора помещается в термостат, внутри которого поддерживается постоянная температура.

Высокой стабильностью частоты обладают генераторы с кварцевой стабилизацией, использующие кристаллические кварцевые резонаторы.

Кварцевый резонатор представляет собой тонкую пластину минерала (кварца или турмалина) прямоугольной или круглой формы, установленную в кварцедержателе. Кварц обладает пьезоэффектом. При сжатии кварцевой пластинки на противоположных ее гранях появляются разноименные электрические заряды, при растяжении пластинки на тех же гранях знаки зарядов изменяются на противоположные. Кварц может быть включен либо в цепь обратной связи автогенератора, либо в качестве индуктивности колебательного контура.

При подведении переменного напряжения кварцевая пластинка совершает механические колебания, частота которых зависит только от размеров и вида среза пластинки. Механические колебания кварца в свою очередь вызывают собственные электрические колебания. Когда собственная частота кварца совпадает с частотой приложенного напряжения, наступает явление резонанса, и механические колебания достигают максимального значения. Добротность кварца достигает величин 5·10⁴, поэтому фиксирующая способность колебательной системы очень высокая. Генераторы с кварцевой стабилизацией могут быть выполнены только на фиксированные частоты, что является их недостатком. На рис.3.36 показана схема кварцевого генератора с высокими техническими характеристиками.

Кварцевые генераторы могут быть построены на базе операционных усилителей.

62