Генератори синусоїдальних та несинусоїдальних коливань. RC генератори Управління частотою rc генератора напруги трикутної форми

RC-генератором називають генератор гармонійних коливань, в якому замість коливальної системи, що містить елементи Lі З, застосовується резистивно-ємнісний ланцюг ( RC-ланцюг), що володіє частотною вибірковістю.

Виняток із схеми котушок індуктивності дозволяє істотно зменшити габарити та масу генератора, особливо на низьких частотах, оскільки зі зниженням частоти різко збільшуються розміри котушок індуктивності. Важливою перевагою RC-генераторів у порівнянні з LC-генераторами є можливість їх виготовлення за інтегральною технологією Однак RC-генератори мають низьку стабільність частоти коливань, що генеруються, обумовлену низькою добротністю RC-ланцюгів, а також погану форму коливань через погану фільтрацію вищих гармонік у спектрі вихідного коливання.

RC-генератори можуть працювати в широкому діапазоні частот (від часток герца до десятків мегагерц), проте знайшли застосування в апаратурі зв'язку та вимірювальної техніки переважно на низьких частотах.

Основи теорії RC-генераторів були розроблені радянськими вченими В. П. Асеєвим, К. Ф. Теодорчиком, Е. О. Сааковим, В. Г. Криксуновим та ін.

RC-генератор зазвичай включає широкосмуговий підсилювач, виконаний на лампі, транзисторі або інтегральній схемі і RC-ланцюг зворотнього зв'язку, Що володіє вибірковими властивостями та визначальну частоту коливань. Підсилювач компенсує втрати енергії в пасивних елементах та забезпечує виконання амплітудної умови самозбудження. Ланцюг зворотного зв'язку забезпечує виконання фазової умови самозбудження тільки на одній частоті. На вигляд ланцюга зворотного зв'язку RC-генератори поділяються на дві групи:

з нульовим фазовим зсувом ланцюга зворотного зв'язку;

зі зсувом фази ланцюга зворотний зв'язок на 180.

Для поліпшення форми генерованих коливань в RC-генераторах застосовують елементи, що мають нелінійність, які обмежують наростання амплітуди коливань. Параметри такого елемента змінюються в залежності від амплітуди коливань, а не від їх миттєвих значень (терморезистор, опір якого залежить від ступеня нагрівання струмом, що проходить через нього). За такого обмеження форма коливань не змінюється, вони залишаються гармонійними й у стаціонарному режимі.

Розглянемо обидва типи RC-Автогенераторів.

Автогенератор зі зсувом фази на 180 ланцюга зворотного зв'язку.

Такий автогенератор ще називають автогенератором із триланковим ланцюгом RC.

У схемах RC-генераторів зі зсувом фази в ланцюзі зворотного зв'язку на 180 використовуються підсилювачі, що інвертують фазу вхідної напруги В якості такого підсилювача може, наприклад, використовуватися операційний підсилювач з входом, що інвертує, однокаскадний підсилювач або багатокаскадний підсилювач з непарним числом інвертуючих каскадів.

Щоб виконувати рівняння балансу фаз, ланцюг зворотний зв'язок має забезпечити фазовий зсув ОС = 180.

Для обґрунтування структури ланцюга зворотного зв'язку відтворимо фазочастотні характеристики найпростіших RC-ланок (рис. 3,4).

Мал. 3 Варіант RC-ланки та його ФЧХ

Мал. 4 Варіант RC-ланки та його ФЧХ

З графіків видно, що одне найпростіше RC-ланка вносить зсув фаз, що не перевищує 90. Тому зсув по фазі величиною 180 можна здійснити шляхом каскадного з'єднання трьох елементарних RC-ланок (рис.5).

Мал. 5 Схеми та ФЧХ триланкових RC-ланцюгів

Елементи RC-ланцюги розраховуються так, щоб на частоті генерації отримати зсув фаз 180. Один з варіантів генератора з триланковим ланцюгом RCпоказано на малюнку 6

Мал. 6 Генератор з триланковим ланцюгом RC

Генератор складається з резистивного підсилювача на транзисторі та ланцюга зворотного зв'язку. Однокаскадний підсилювач із загальним емітером здійснює зсув фази між напругою на колекторі та базі К = 180. Отже, для виконання балансу фаз ланцюг зворотного зв'язку повинен забезпечувати на частоті коливань генерованих ОС = 180.

Проведемо аналіз ланцюга зворотний зв'язок, навіщо складемо систему рівнянь методом контурних струмів.

Вирішуючи отриману систему щодо коефіцієнта зворотного зв'язку, отримаємо вираз

З виразу випливає, що фазовий зсув 180 виходить у тому випадку, коли буде речовинною та негативною величиною, тобто.

отже, генерація можлива на частоті

На цій частоті модуль коефіцієнта зворотного зв'язку

Це означає, що для збудження автоколивань коефіцієнт підсилювача має бути більшим за 29.

Вихідну напругу генератора зазвичай знімають із колектора транзистора. Для отримання коливань гармонійної форми в ланцюг емітера включений терморезистор RТ із позитивним температурним коефіцієнтом опору. При збільшенні амплітуди коливань опір RТ зростає і збільшується глибина негативного зворотного зв'язку в підсилювачі змінного струму, відповідно, падає коефіцієнт посилення. Коли настає стаціонарний режим коливань ( До= 1), підсилювач залишається лінійним та спотворення форми колекторного струму не відбувається.

Автогенератор з нульовим фазовим зсувом ланцюга зворотного зв'язку.

Характерною рисою схем RC-генераторів з нульовим фазовим зсувом в ланцюзі зворотного зв'язку є використання в них підсилювачів, що не інвертують фазу вхідного сигналу Як такий підсилювач може, наприклад, використовуватися операційний підсилювач з неінвертуючим входом або багатокаскадний підсилювач з парним числом каскадів, що інвертують. Розглянемо деякі можливі варіанти ланцюгів зворотного зв'язку, що забезпечують нульовий фазовий зсув (рис. 7).

Мал. 7 Варіанти ланцюгів ОС, що забезпечують нульовий фазовий зсув

Вони складаються з двох ланок, одна з яких представляє RС-ланка з позитивним фазовим зсувом, а друга – з негативним зрушенням фази В результаті складання ФЧХ на певній частоті (частоті генерації) можна отримати фазовий зсув, що дорівнює нулю.

На практиці найчастіше як вибірковий ланцюг з нульовим фазовим зсувом застосовують фазобалансний міст, або по-іншому міст Вина (рис. 7 в), застосування якого показано у схемі RC-генератора з нульовим фазовим зсувом, виконаного на операційному підсилювачі (рис. 8)

Мал. 8 RC-генератор з нульовим фазовим зсувом в ланцюзі ОС

У цій схемі напруга з виходу підсилювача подається на його неінвертуючий вхід через ланцюг зворотного зв'язку, утворений елементами моста. R 1 C 1 та R 2 C 2 . Резистивний ланцюжок RRТ утворює ще один зворотний зв'язок - негативний, який призначений для обмеження наростання амплітуди коливань і збереження їх гармонійної форми. Напруга негативного зворотного зв'язку надходить на вхід, що інвертує, операційного підсилювача. Терморезистор RТ повинен мати негативний температурний коефіцієнт опору.

Коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку

має бути речовою та позитивною величиною, а це можливо при виконанні рівності

Звідси визначається частота коливань, що генеруються. Якщо R 1 = R 2 =R, C 1 = C 2 = C, то

Амплітудна умова самозбудження на частоті 0 вимагає виконання нерівності

При рівності R 1 = R 2 = Rі C 1 = C 2 = Cкоефіціент посилення До > 3.

Частоту коливань можна змінювати шляхом зміни опорів Rабо ємностей конденсаторів З, що входять до складу мосту Вина, а амплітуда коливань регулюється опором R.

Основна перевага RC-генераторів перед LC-генераторами полягає в тому, що перші легше реалізувати для низьких частот Наприклад, якщо у схемі генератора з нульовим фазовим зсувом у ланцюгу зворотного зв'язку (рис. 8) R 1 = R 2 = 1 МОм, C 1 = C 2 = 1 мкФ, то частота, що генерується

.

Щоб отримати таку ж частоту в LC-генераторі, знадобилася б індуктивність L= 10 16 Гн при З= 1 мкФ, що важко здійснити.

У RC-генераторах можна, змінюючи одночасно величини ємностей З 1 та З 2 , отримати ширший діапазон перебудови частоти, ніж це має місце в LC-генератори. Для LC-генераторів

у той час як для RC-генераторів, при З 1 = З 2

До недоліків RC-генераторів слід віднести той факт, що на відносно високих частотах вони важче реалізуються, ніж LC-генератори Дійсно, величину ємності не можна знизити менше ємності монтажу, а зменшення опорів резисторів призводить до падіння коефіцієнта посилення, що ускладнює виконання амплітудної умови самозбудження.

Перелічені переваги та недоліки RC-генераторів зумовили їх застосування низькочастотному діапазоні з великим коефіцієнтом перекриття по частоті.

R-C генератори синусоїдальних коливань

Фільтри, що згладжують RC

У схемах випрямлення малої потужності дросель фільтра може бути замінений резистором R Ф. Такі типи фільтрів називають RC фільтрами

Розрахунок фільтра, що згладжує RC, повинен вестися з урахуванням наступних умов

Коефіцієнт згладжування фільтра

Опір резистора R Ф зазвичай задаються в межах R Ф = (0,15 ... 0,5) R H; ККД резистивно-ємнісного фільтра порівняно малий і зазвичай становить 0,6 ... 0,8, причому при η ф = 0,8 R Ф = 0,25 R H .

Переваги резистивно-ємнісних фільтрів: малі габарити, маса та вартість; Недолік - низький ККД.

Найпростіша схема RC-генератора синусоїдальних коливань на операційному підсилювачі наведено на рис. 37а.

Мал. 37. RC-генератор синусоїдальних коливань

RC генератори використовують із завдання частоти резисивно - ємнісний зв'язок. Основні два види генераторів синусоїдальних коливань: генератор з фазозсувним ланцюгомта генератор на основі мосту Вина. Генератор з фазозсувним ланцюгом - це звичайний підсилювач з фазозсувним ланцюгом зворотного зв'язку. На комбінації ланцюжків мають місце втрати потужності, тому транзистор повинен мати досить високий коефіцієнт посилення.

Частота генератора розраховується за такою формулою.

R у цій формулі - значення опорів R1, R2 (вони однакові). C - це відповідно, будь-яке із значень ємності С1 або С2 (також однакові)

Генератор на основі мосту Вина– двокаскадний підсилювач з ланцюгом випередження-запізнювання та дільником напруги.

Резистори R1 і R2 однакового номіналу (за опором), опір резистора R3 приблизно наполовину менше. Місткість конденсаторів C1 і C2 дорівнює, а конденсатора C3 - приблизно вдвічі більше.
Частота коливань, що генеруються, визначається співвідношенням.

Де C - номінал конденсатора C1(C2), R номінал опору - R1(R2).
При R1, R2 = 10KOm, R3 = 4,7KOm, C1, C2 = 16нФ, C3 = 33нФ частота дорівнює приблизно - 1000гц.
Використовуючи здвоєний змінний резистор (як R1 і R2), можна плавно змінювати частоту коливань у великих межах.

Генератор синосуїдальних коливань має кілька піддіапазонів, можна отримати за допомогою нескладної комутаційної схеми, за допомогою якої можна поперемінно підключати конденсатори різної ємності, як С1, С2 і С3. Подібний пристрій може бути дуже корисним для радіоаматора, зокрема для налаштування різних підсилювальних каскадів.

Електронні генератори синусоїдальних коливань (L, C-генератор)

LC-генератори

Генератори синусоїдальних коливань – це генератори, які генерують напругу синусоїдальної форми.

Вони класифікуються відповідно до їх частотно-задаючих компонентів. Трьома основними типами генераторів є генератори LC, кварцові генератори і RCгенератори.

LC генератори використовують коливальний контур з конденсатора та котушки індуктивності, з'єднаних або паралельно, або послідовно, параметри яких визначають частоту коливань.

Кварцові генератори, подібні до LC генераторів, але забезпечують більш високу стабільність коливань.

RC-генератори використовують на низьких частотах, у яких завдання частоти коливань використовується резистивно-емкостная ланцюг.

Синусоїдальні генератори

Загальновідомі дві конфігурації. Перша називається генератор із мостом Вина. У цій схемі використовуються два RC ланцюга, одна з послідовними RC компонентами та одна з паралельними RC компонентами. Міст Вина часто використовується в генераторах звукових сигналів, так як він може легко налаштовуватися двосекційним змінним конденсатором або двох секційним змінним потенціометром (який для генерації на низьких частотах більш доступний, ніж відповідний змінний конденсатор).

Друга загальновідома конструкція називається генератор з подвійним Т-мостом, так як в ній використовуються два "Т" образні RC ланцюга включені паралельно. Один ланцюг є Т-подібним R-C-R ланцюгом, який діє як фільтр пропускаючий низькі частоти. Другий ланцюг є Т-подібним C-R-C ланцюгом, яка діє як фільтр пропускає високі частоти. Разом ці ланцюги утворюють міст, який налаштовується на генерацію необхідної частоти.

Інший загальновідомою розробкою є фазозсувний генератор.

Якщо RC генератори використовуються для виробництва неспотвореної синусоїди, вони зазвичай вимагають пристрій деякого виду для управління амплітудою. Багато розробок просто використовують лампочку розжарювання або термістор у ланцюгу зворотного зв'язку. Ці генератори використовують той факт, що опір вольфрамової нитки розжарювання збільшується пропорційно до її температури, термістор працює схожим чином. Добре діюча нижче точки при якій нитка напруження дійсно світиться, збільшення амплітуди сигналу зворотного зв'язку збільшує струм, що протікає в нитки розжарювання, тим самим збільшуючи опір нитки розжарювання. Збільшений опір нитки розжарювання зменшує сигнал зворотного зв'язку, обмежуючи сигнал генератора до лінійної області.

Більш складні генератори вимірюють вихідний рівень і використовують це як зворотний для управління посиленням керованого напругою підсилювача всередині генератора.

Імпульсні генератори

Існує багато пристроїв, які не вимагають від RC генераторів виробляти синусоїду. Найчастіше застосовуються генератори імпульсів прямокутної форми. Мультивібратор є одним із них. Інше схемотехнічне рішення генератора використовується в спеціалізованій інтегральній мікросхемі 555 timer IC, що випускається фірмою Philips. У Радянському Союзі ідея такої побудови генератора імпульсної напруги була реалізована в 80-х роках минулого століття у винаходах за авторськими свідоцтвами №1072261 та №1392617. Відмінною особливістю цих генераторів є те, що на відміну від "555 timer IC", вони можуть збиратися на стандартних мікросхемах. Багато несинусоїдальних RC генераторів вимагають лише один RC ланцюг.

Див. також

• Електронний генератор

Примітки

Посилання

• http://www.radioland.net.ua/contentid-163.html
• http://www.ref.by/refs/69/27685/1.html Мостовий RC-генератор синусоїдальних коливань з мостом Вина
• http://www.naf-st.ru/articles/generator/rcgen/ Рис.3-Простий генератор з мостом Вина

Wikimedia Foundation. 2010 .

• RBK Money
• RCA 1802

Дивитись що таке "RC-генератор" в інших словниках:

Генератор сигналів- Генератор сигналів - це пристрій, що дозволяє отримувати сигнал певної природи (електричний, акустичний або інший), що має задані характеристики (форму, енергетичні або статистичні характеристики тощо).

Генератор вогнегасного аерозолю- пристрій для отримання вогнегасного аерозолю із заданими параметрами і подачі його в приміщення, що захищається. Джерело: НПБ 88 2001*: Установки пожежогасіння та сигналізації. Норми та правила проектування Дивись також споріднені терміни: 3.4… … Словник-довідник термінів нормативно-технічної документації

Генератор- Ван де Граафа електростатичний прискорювач, в якому для створення високої постійної електричної напруги застосовується механічне перенесення електричних зарядівза допомогою нескінченної стрічки з діелектричного матеріалу. ізотопний… … Терміни атомної енергетики

Генератор із мостом Вина- (Виділений зеленим) на операційному підсилювачі. R1=R2, C1=C2 Генератор із мостом Вина різновид … Вікіпедія

Генератор Макларена- Марсальї генератор псевдовипадкових чисел, який заснований на комбінації двох конгруентних генераторів та допоміжної матриці, за допомогою якої відбувається перемішування двох послідовностей, отриманих від двох генераторів. Генератор був… … Вікіпедія

Генератор Кокрофт - Уолтон- помножувач напруги Кокрофта Волсона використовувався у перших прискорювачах елементарних частинок, які використовувалися для розробки атомної бомби. Даний помножувач, збудований в 1937 році компанією Philips, в даний час розташований у ...

генератор- Джерело, розподільник; хуй; агрегат, стимулятор, релаксатор, магнето, альтернатор, мазер, іразер Словник російських синонімів. генератор сущ., кіль у синонімів: 63 автогенератор (1) … Словник синонімів

Генератор псевдовипадкових чисел- (ГПСЧ, англ. Pseudorandom number generator, PRNG) алгоритм, що породжує послідовність чисел, елементи якої майже незалежні один від одного і підпорядковуються заданому розподілу (зазвичай рівномірному). Сучасна інформатика… … Вікіпедія

Генератор Пірсу- названий на честь його винахідника Джорджа Пірса (1872–1956). Генератор Пірса є похідним від генератора Колпітца. У схемі використовується мінімум компонентів: один цифровий інвертор, один резистор, два конденсатори та кристал кварцу, який ... Вікіпедія

ГЕНЕРАТОР- (Лат. generator, від genus, generis рід). 1) родоначальник. 2) котел у парових машинах. 3) машина отримання електричного струму. 4) прилад, що робить штучний лід. Словник іншомовних слів, що увійшли до складу російської мови. Чудінов А.Н. Словник іноземних слів російської мови

генератор опорного сигналу- НДП. генератор фази опорний генератор фазорегулятор еталонний генератор фази Пристрій для отримання сигналу, що визначає кутове положення ротора. [ГОСТ 19534 74] Неприпустимі, нерекомендовані генератор фазиопорний… … Довідник технічного перекладача

RCавтогенератор з узгоджуючим каскадом і фазозсувним ланцюгом

Основною перевагою RC автогенераторів є можливість генерування стабільних низькочастотних коливань (до 20 кГц). Недоліком таких генераторів є не економічність у порівнянні з LC автогенераторами, тому що RC автогенератори працюють у м'якому режимісамозбудження.

У RC автогенераторах для побудови виборчого ланцюга використовуються RC фільтри У аналізованому автогенераторі ланцюг позитивного зворотного зв'язку будується послідовним включенням кількох RC фільтрів.

Розглянемо процеси, які у RC фільтрі представленому малюнку 16, а. Для наочності пояснення пояснюватимемо за допомогою векторної діаграми (рисунок 16, б). При подачі на вхід напруги Uвх ланцюга протікає струм i. Цей струм створює падіння напруга на конденсаторі U і резисторі U R . Напруга U R одночасно є вихідною напругою Uвих. Напруга Uвих збігається по фазі зі струмом i, а напруга U C зсунута щодо Uвих на 90°. Напруга на вході ланцюга дорівнює геометричній сумі векторів Uвих і U і відповідає вектору Uвх. Вектори Uвх і Uвых зсунуті фазою відносно один одного на кут j.

Малюнок 16 - Принципова електрична схема RC фільтра і векторна діаграма, що пояснює процеси, що відбуваються в ньому.

Кут j можна збільшувати, зменшуючи ємність конденсатора. Як видно з діаграми j<90°. Поэтому для выполнения баланса фаз необходимо последовательное включение нескольких фильтров. При этом главным условием является равенство сдвига фаз каждым из фильтров, в противном случае каждый из фильтров будет иметь свою резонансную частоту, отличную от других фильтров и колебания будут отсутствовать. На практике используют последовательное включение трех фазосдвигающих звеньев, каждое из которых дает сдвиг фазы 60°, или четырех звеньев, каждое из которых дает сдвиг фазы 45°. На рисунке 17 приведены две возможные трехзвенные фазосдвигающие цепи. Временные диаграммы напряжений на выходе каждого звена этих цепей приведены на рисунке 18.

Рисунок 17 - Принципові електричні схеми триланкових фазозсувних ланцюгів

Частота коливань, що генеруються, при використанні цих схем визначається виразами:

для схеми наведеної малюнку 17, а

fг=0,065/RC (27)

Рисунок 18 - Тимчасові діаграми напруг на виході ланок фазозсувного ланцюга

для схеми наведеної малюнку 17, б

fг = 0,39 /RC (28)

де R=R 1 = R 2 =R 3 і С=З 1 = З 2 =З 3

Таким чином, фільтри в аналізованому генераторі виконують відразу кілька функцій: визначають частоту коливань, що генеруються, визначають форму коливань і беруть участь у виконанні балансу фаз.

Принципова електрична схема RC автогенератора з узгоджуючим каскадом і фазозсувним ланцюгом представлена ​​на малюнку 19.

У цьому генераторі підсилювальний каскад зібраний транзисторі VT1. Навантаженням підсилювача є резистор R3. Триланковий фазозсувний ланцюг складається з елементів C4 C5 C6 і R4 R5 R6. Для узгодження низького вхідного опору транзистора VT1 з опором фазозсувного ланцюга використовується узгоджуючий каскад? емітерний повторювач. Даний каскад зібраний на транзисторі VT2, включений за схемою із загальним колектором. За відсутності цього каскаду низький вхідний опір VT1 шунтуватиме ланцюг зворотного зв'язку і значно зменшуватиме коефіцієнт зворотного зв'язку, а це

Малюнок 19 - Принципова електрична схема RC автогенератора з узгоджуючим каскадом і фазозсувним ланцюгом

призведе до недотримання умови балансу амплітуд. Навантаженням емітерного повторювача служить резистор R9. Зміщення напруги на транзистори подаються дільниками напруги R1 R2 і R7 R8. Елементи С1 R10 є фільтр живлення. С2 С3 С7 є розподільчими конденсаторами. Коефіцієнт зворотного зв'язку такого генератора дорівнює 1/29, тому для виконання балансу амплітуд коефіцієнт посилення підсилювача має бути Кус?29.

RC автогенератор з фазобалансним ланцюгом

У генераторах з парним числом підсилювальних каскадів немає необхідності використовувати в ланцюгу позитивного зворотного зв'язку фазозсувні ланцюги. Для виділення коливань необхідної частоти у вихідній напрузі таких генераторів, ланцюг зворотного зв'язку включають чотириполюсник, що володіє частотно-виборчими властивостями (фазобалансний ланцюг). Принципова електрична схема такого чотириполюсника представлена ​​малюнку 20.

Для генерування коливань необхідно, щоб даний чотириполюсник не вносив зсуву фаз між вхідною напругою Uвх і вихідною напругою Uвих, тобто j вх повинна дорівнювати j вих. Частота, на якій j вх = j вих визначається за виразом

Рисунок 20 - Принципова електрична схема частотно-виборчого чотириполюсника

fг=1/2p ? R 1 C 1 R 2 C 2 (29)

Зручно вибирати R 1 =R 2 =R, C 1 =C 2 =C тоді вираз 26 набуде вигляду

fг=1/2p RC (30)

На інших частотах відбуватиметься зрушення фази, отже цих частотах нічого очікувати виконуватися умова балансу фаз і коливання з цими частотами будуть відсутні.

Коефіцієнт зворотний зв'язок у разі дорівнює 1/3, отже, до виконання балансу амплітуд коефіцієнт посилення підсилювача автогенератора може бути щонайменше 3.

Принципова електрична схема RC автогенератора з фазобалансним ланцюгом представлена ​​малюнку 21.

Рисунок 21 - Принципова електрична схема RC автогенератора з фазобалансним ланцюгом

У цьому генераторі підсилювач зібраний на двох підсилювальних каскадах, зібраних на транзисторах VT1 і VT2. Навантаженням цих каскадів є резистори R3 та R5. Напруга зміщення транзистори подається фіксованим струмом бази через резистори R2 і R4. Елементи С1 R1 C2 R2 утворюють фазобалансний ланцюг у ланцюгу позитивного зворотного зв'язку. Елементи С4 С5 є розподільчими конденсаторами. R6 С3 елементи живлення. Умова балансу амплітуд у цій схемі виконується за рахунок двох підсилювальних каскадів, за допомогою яких легко досягається коефіцієнт посилення 3. .

RC автогенератор з мостом Вина

Перевагою цього генератора є можливість зміни частоти коливань, що генеруються. Принципова електрична схема цього генератора представлена ​​малюнку 22.

Рисунок 22 - Принципова електрична схема RC автогенератора з мостом Вина

У цьому генераторі підсилювач також має два підсилювальні каскади, зібрані на транзисторах VT1 і VT2. Навантаженням цих каскадів є резистори R4 та R9. Напруга зміщення на резистори надходить через дільники напруги R2 R3 та R7 R8.

Вихідна напруга надходить на вхід підсилювача через фазобалансний ланцюг C1 R1 C2 R3, який є одним із плечей моста Вина, друге плече утворене елементами R6 R5. Друга гілка з'єднана з виходом підсилювача через конденсатор С5 великої ємності, завдяки чому ланцюг R5 R6 не створює помітного зсуву фаз. Поряд з позитивним зворотним зв'язком, вводиться негативний зворотний зв'язок утворений елементами R5 R10 C5 R6. Негативний зворотний зв'язок, знижуючи коефіцієнт посилення, суттєво знижує нелінійні спотворення коливань, що генеруються. Зниження коефіцієнта посилення не призводить до порушення балансу амплітуд, оскільки реальний двокаскадний підсилювач має коефіцієнт посилення набагато більше 3. Крім того, елементи R5 R10 забезпечують температурну стабілізацію робочої точки транзисторів. Регулювання частоти коливань, що генеруються в аналізованому генераторі здійснюється одночасною регулюванням опорів резисторів R1 R3, однак, може здійснюватися і одночасною регулюванням ємностей конденсаторів C1 C2.

Застосування генераторів з коливальними контурами (типу LC)для генерування коливань з частотами менше 15-20 кГц утруднено і незручно через громіздкість контурів. В даний час для цих цілей широко використовуються генератори типу RC,у яких замість коливального контуру застосовуються вибіркові RС-фільтри. Генератори типу RCможуть генерувати досить стабільні синусоїдальні коливання порівняно широкому діапазоні частот від часток герца до сотень кілогерц. Крім того, вони мають малі габарити та масу. Найбільш повно переваги генераторів типу RCвиявляються у сфері низьких частот.

Структурна схема генератора синусоїдальних коливань типу RCнаведено на рис. 1.5.

Мал. 1.5

Підсилювач будується за звичайною резистивною схемою. Для самозбудження підсилювача, тобто для перетворення коливань, що спочатку виникли, в незатухающие, необхідно на вхід підсилювача подавати частину вихідної напруги, що перевищує вхідну напругу або рівну йому за величиною і збігається з ним по фазі, іншими словами, охопити підсилювач позитивним зворотним зв'язком достатньої глибини . При безпосередньому з'єднанні виходу підсилювача з його входом відбувається самозбудження, проте форма коливань, що генеруються, буде різко відрізнятися від синусоїдальної, оскільки умови самозбудження будуть одночасно виконуватися для коливань багатьох частот. Для отримання синусоїдальних коливань необхідно, щоб ці умови виконувались лише на одній певній частоті та різко порушувалися на всіх інших частотах.

Мал. 1.6

Це завдання вирішується за допомогою фазообертального ланцюжка,яка має кілька ланок RCта служить для повороту фази вихідної напруги підсилювача на 180°. Зміна фази залежить від кількості ланок пі одно

У зв'язку з тим, що одна ланка RCзмінює фазу на кут< 90°, минимальное число звеньев фазовращающей цепочки п - 3. У практичних схемах генераторів зазвичай використовують триланкові фазообертальні ланцюжки.

На рис. 1.6 зображено два варіанти таких ланцюжків, що отримали назву відповідно R-паралель і С-паралель. Частота синусоїдальних коливань, що генеруються, для цих схем за умови R1 = R 2 = R 3 = Rі C t = З 2 = З3 = З розраховується за такими формулами: для схеми на рис. 1.6, а:

для схеми на рис. 4.6, б:

Для забезпечення балансу амплітуд коефіцієнт посилення підсилювача повинен дорівнювати згасання, що вноситься фазовращающей ланцюжком, через яку напруга з виходу надходить на вхід підсилювача, або перевищувати його.

Розрахунки показують, що з наведених схем згасання

Отже, схеми з використанням триланкових фазообертальних ланцюжків, що мають однакові ланки, можуть генерувати синусоїдальні коливання з частотою f 0 лише тому випадку, якщо коефіцієнт посилення підсилювача перевищує 29.

У фазообертовому ланцюгу з однаковими ланками кожна наступна ланка надає шунтуючу дію на попередню. Для зменшення шунтуючої дії ланок та зниження загасання у фазообертовому ланцюгу зворотного зв'язку можуть застосовуватися так звані прогресивніланцюжки. У цьому випадку опір резистора кожної наступної ланки вибирається в tnразів більше опору попередньої ланки, а ємності наступних ланок у стільки ж разів зменшуються:

Зазвичай величина тне перевищує 4-5.

На рис. 1.7 наведено одну з можливих схем автогенератора типу RCз фазообертальним ланцюжком.

З метою забезпечення умови балансу фаз такий генератор можна було б побудувати і на одному транзисторі (Т2)із загальним емітером. Однак у цьому випадку ланцюжок зворотного зв'язку шунтує резистор R K підсилювального транзистора і знижує його посилення, а малий вхідний опір транзистора різко збільшує згасання ланцюга зворотного зв'язку. Тому доцільно розділити вихід фазообертального ланцюга та вхід підсилювача за допомогою емітерного повторювача, зібраного на транзисторі Т1.

Робота автогенератора починається у момент включення джерела живлення. При цьому імпульс колекторного струму містить широкий і безперервний спектр частот, обов'язково включає в себе і необхідну частоту генерації. Завдяки виконанню умов самозбудження коливання цієї частоти стають незатухаючими, тоді як коливання всіх інших частот, котрим умова балансу фаз не виконується, швидко згасають.

Автогенератори з фазовращающими ланцюгами зазвичай використовуються для генерації синусоїдальних коливань фіксованої частоти. Це з труднощами перебудови частоти у широкому діапазоні. Діапазонні автогенератори типу RCбудуються дещо інакше. Розглянемо це питання докладніше.

Якщо підсилювач повертає фазу вхідного сигналу 2? (наприклад, підсилювач, що має парне число каскадів), то при охопленні позитивним зворотним зв'язком достатньої глибини він може генерувати електричні коливання без включення спеціального фазообертального ланцюжка. Для виділення необхідної частоти синусоїдальних коливань з усього спектра частот, що генеруються такою схемою, необхідно забезпечити виконання умов самозбудження тільки для однієї частоти. З цією метою в ланцюг зворотного зв'язку може бути включений послідовно-паралельний вибірковий ланцюжок, схема якого наведена на рис. 1.8.

Мал. 1.7

Визначимо властивості цього ланцюжка, розглядаючи його як дільник напруги.

Між вихідними та вхідними напругами існує очевидна залежність

Коефіцієнт передачі напруги цим ланцюгом

На квазірезонансній частоті w 0 коефіцієнт передачі напруги повинен дорівнювати дійсному числу. Це можливо лише в тому випадку, якщо опори, виражені відповідним математичним записом у чисельнику та знаменнику останньої формули, матимуть однаковий характер. Ця умова забезпечується лише тому випадку, якщо дійсна частина знаменника дорівнює нулю, тобто.

Звідси частота квазірезонансу

Що ж до коефіцієнта передачі напруги, то на квазірезонансній частоті він дорівнює

Підставляючи в цю формулу значення

Вважаючи R1 = R 2 = Rі C 1 = З 2 = З, знайдемо остаточні значення f 0

Згасання, що вноситься виборчим ланцюжком на квазірезонансній частоті, дорівнює

Це означає, що мінімальний коефіцієнт посилення, при якому задовольняється умова балансу амплітуд, також повинен дорівнювати 3. Очевидно, що цю вимогу виконати досить легко. Реальний транзисторний підсилювач, що має два каскади (найменше парне число), дозволяє отримати посилення за напругою, що набагато перевищує До о = 3. Тому доцільно поряд з позитивним зворотним зв'язком ввести в підсилювач негативний зворотний зв'язок, який, знижуючи коефіцієнт посилення, в той же час суттєво зменшує можливі нелінійні спотворення коливань, що генеруються. Принципова схема такого генератора наведено на рис. 1.9.

Схема транзисторного RC-генератора з перебудовою частоти

Терморезистор в ланцюзі емітера транзистора Т1 призначений для стабілізації амплітуди вихідної напруги при зміні температури. Регулювання частоти здійснюється за допомогою спареного потенціометра R1R2.

В даний час дискретні елементи (транзистори) досить рідко використовуються для відновлення генераторів. Найчастіше цих цілей застосовують різні типи інтегральних мікросхем. Схеми, побудовані на ОУ, перемножниках, компараторах та таймерах, відрізняються простотою, стабільністю параметрів, універсальністю. Гнучкість та універсальність ОУ дозволяють з мінімальною кількістю зовнішніх компонентів створювати прості, але в той же час зручні при налаштуванні та регулюванні генератори практично всіх типів із задовільними параметрами.

Принцип роботи таких генераторів заснований на використанні в ланцюгах ОС фазозсувних або резонансних елементів: мосту Вина, подвійного Т-подібного мосту, зсувних RС-ланцюгів.

Існують інші способи генерування синусоїдальних коливань, наприклад фільтрацією імпульсів трикутної форми або виділенням першої гармонійної складової прямокутних імпульсів.