14.5 Автогенератор с трехзвенной rc-цепью

Электрическая схема автогенератора показана на рис. 14.9. Трехзвенная RC-цепь с одинаковыми элементами (выделена пунктиром) включена в петлю обратной связи инвертирующего усилителя. Как видно из графиков амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик трехзвенной RC-цепи (рис. 14.10), на частоте ω₀ = 2π f₀ = цепь вносит фазовый сдвиг 180º и ослабляет сигнал в 29 раз. Таким образом, в схеме рис. 14.9 на частоте f₀ выполняется условие баланса фаз. Для возникновения колебаний на этой частоте усилитель должен иметь коэффициент усиления по напряжению не ниже 29. С помощью подстроечного резистора усиление устанавливается чуть больше критического, иначе форма стационарных колебаний будет существенно отличаться от синусоидальной, так как система не обладает избирательными свойствами. Форма выходного напряжения повторяет форму выходного тока, а для ограничения амплитуды колебаний приходится использовать режим насыщения или отсечки. Чисто синусоидальную форму колебаний можно получить при использовании инерционно-нелинейной ООС, как это показано в схеме генератора с мостом Вина.

14.6 Автогенератор с мостом Вина

Основу моста Вина составляет цепь, показанная на рис. 14.11. Она включается в цепь обратной связи неинвертирующего усилителя на ОУ. Частотная и фазовая характеристики Г-образного четырехполюсника определяются соотношениями (здесь τ=RC):

γ_ос (ω) = ,

φ_ос(ω) = .

Графики амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик цепи Вина приведены на рис. 14.12. Особенность их состоит в том, что на частоте f₀ = 1 / 2πRC коэффициент передачи достигает максимального значения, равного 1/3, а фазовый сдвиг обращается в нуль. При включении схемы Вина в цепь положительной обратной связи операционного усилителя (рис. 14.13) на частоте f₀ выполняется условие баланса фаз. Делитель R2, R1 в цепи отрицательной обратной связи задает коэффициент усиления неинвертирующего УПТ, равный

К_ОС= 1 + R2 / R′ = 1 + R2 / R1||R_Т,

где R′ определяется параллельным соединением двух сопротивлений: R1 и R_Т, второе из которых является сопротивлением канала полевого транзистора VT, управляемого напряжением на затворе U_ЗИ и равного напряжению на выходе пикового детектора, состоящего из диода VD с нагрузкой C_н, R_н.

При выполнении условия баланса амплитуд на частоте f_0:

К_ОС γ_ос = (1 + R2 / R′) ∙ ≥ 1,

в схеме возникают и растут по величине гармонические колебания с частотой f₀. Их рост продолжается до тех пор, пока неравенство не обратится в равенство. Это происходит по следующей причине: по мере роста амплитуды колебаний на выходе автогенератора растет величина отрицательного напряжения U_ЗИ на нагрузке пикового детектора, это ведет к запиранию полевого транзистора и увеличению сопротивления его канала, что приводит к росту величины сопротивления R′ и, как следствие, к снижению величины коэффициента усиления усилителя. Описанная система автоматического регулирования амплитуды колебаний используется достаточно часто в различных радиоэлектронных устройствах.