6. Каким образом в генераторе с мостом Вина выполняется условие баланса амплитуд?

На рис. 2.3 представлена принципиальная схема генератора с мостом Вина ( R1; C1; R2; C2), реализованная на базе неинвертирующего РУ (DA1; R3; R4); ОСЦ – осциллограф. Для выполнения в этом генераторе условия баланса амплитуд необходимо, чтобы выполнялось соотношение:

.

(2.8)

Из соотношения (2.8) получаем: = 2 .

Рис. 2.3

7. Почему в генераторе с мостом Вина используется неинвертирующий ру? Как в этом случае выполняется условие баланса фаз?

В генераторе с мостом Вина используется неинвертирующий РУ, так как при этом удается выполнить условие баланса фаз:

.

(2.9)

На практике приходится несколько изменить условия баланса амплитуд (2.8) с тем, чтобы коэффициент усиления был больше 3, при этом > 2 (см. рис. 2.4, кривая 1).

Рис. 2.4

Это необходимо для самовозбуждения генератора. Причём, как было отмечено ранее, колебания будут расходящимися, и ограничение амплитуды сигнала произойдёт при достижении максимального выходного напряжения ОУ . В этом случае благодаря нелинейности проходной характеристики ОУ будет автоматически устанавливаться эффективное значение = 3 (см. рис. 2.4, кривая 2, рабочая точка А). Однако такой естественный способ стабилизации амплитуды сигнала из-за резких изломов проходной характеристики ОУ связан с существенными нелинейными искажениями.

8. Чем ограничивается амплитуда выходного напряжения в генераторе (см. Рис.2.3)?

На практике приходится несколько изменить соотношение (2.8) с тем, чтобы коэффициент усиления был больше 3, при этом > 2 (см. рис. 2.4, кривая 1). Это необходимо для самовозбуждения генератора. Причём, как было отмечено ранее, колебания будут расходящимися, и ограничение амплитуды сигнала произойдёт при достижении максимального выходного напряжения ОУ . В этом случае благодаря нелинейности проходной характеристики ОУ будет автоматически устанавливаться эффективное значение = 3 (см. рис. 2.4, кривая 2, рабочая точка А).

Рис. 2.3

9. В чем состоит недостаток естественного способа стабилизации амплитуды выходного напряжения в генераторе (см. Рис.2.3)?

Естественный способ стабилизации амплитуды сигнала из-за резких изломов проходной характеристики ОУ связан с существенными нелинейными искажениями.

10. Как работает генератор с нос (см. Рис.2.5)?

Одним из простейших способов стабилизации амплитуды выходного напряжения RC- генератора при минимальных нелинейных искажениях является введение в него цепи нелинейной обратной связи (НОС). Схема такого генератора представлена на рис. 2.5, (DA1, R1, C1, R2, C2, R4, R3 – генератор с мостом Вина; R5, R6, VD1, VD2 – цепь НОС на диодах). Рассмотрим работу этого генератора. При малых уровнях выходного напряжения диоды VD1, VD2 практически полностью обесточены, поскольку их рабочие точки находятся в зоне нечувствительности вольтамперной характеристики диода. Сопротивления резисторов , , выбираются таким образом, чтобы выполнялось неравенство

.

(2.10)

При выполнении условия (2.10) в генераторе возникают колебания с увеличивающейся амплитудой (расходящийся процесс). Когда она достигнет значений 0,5…1 В, диоды VD1, VD2 открываются и включается цепь НОС, которая с ростом амплитуды выходного напряжения генератора уменьшает эффективный коэффициент усиления усилителя до значения = 3, что обеспечивает выполнение условия баланса амплитуд (2.8).

Рис. 2.5

При выборе сопротивлений резисторов R3, R4,R5, R6 следует руководствоваться соотношениями:

= 1…5 кОм; >> ; ; << ,

(2.11)

при этом можно показать, что амплитуда и частота установившихся колебаний для генератора (см. рис.2.5) определяются соотношениями:

, , ,

(2.12)

где - напряжение на прямосмещенном диоде.

Следует подчеркнуть, что условие баланса амплитуд выполняется только для выходного сигнала с амплитудой , поскольку ее дальнейшее увеличение приводит к уменьшению эффективного коэффициента усиления усилителя ( < 3).