Схемы реализации RC-генераторов

RC-генераторы применяются для получения гармонических колебаний низкой и инфранизкой частот (до долей герц). В таких генераторах возможно получить частоту до 10 МГц. Следует отметить, что на таких низких частотах LC-генераторы были бы громоздкими и добротность была бы ниже необходимых требований. В то же время, RC-генераторы в НЧ-диапазоне имеют меньшие габариты, массу и стоимость, чем LC-генераторы.

В качестве активных элементов используются:

­– биполярные транзисторы,

– полевые транзисторы,

– ОУ в интегральном исполнении.

RC-генераторы в своем составе имеют усилительный элемент (усилитель) и звено обратной связи (ОС).

Различаются следующие виды звеньев ОС:

− Г-образные звенья ОС (рис.13.4),

− мост Вина (рис.13.5),

− двойной Т-образный мост (рис.13.6) .

На рисунках 13.4, 13.5, 13.6 символом «U₁» обозначено входное напряжение, символом «U₂» − выходное напряжение.

 

Рис.13.4. Г-образные звенья ОС

Рис.13.5. Мост Вина Рис.13.6. Двойной Т-образный мост

 

RC-генераторы с Г-образным RC-звеном ОС

Рис.13.7. Принципиальная схема RC-генератора с Г-образным RC-звеном ОС

Как известно, в однокаскадном усилителе без ОС U_ВХ и U_ВЫХ сдвинуты по фазе друг относительно друга на 180º. Если U_ВЫХ этого усилителя подать на его вход, то получится 100% ООС.

Для соблюдения баланса фаз (для введения ПОС) U_ВЫХ, прежде чем подать его на вход усилителя, необходимо сдвинуть по фазе на 180º. Такой сдвиг можно осуществить с помощью трех одинаковых RC-звеньев (рис.13.7), каждое из которых изменяет фазу на 60º.

По расчетам, баланс фаз происходит на частоте , а баланс амплитуд – при коэффициенте усиления К≥29.

Г-образные RC-цепи могут выполняться с количеством звеньев больше 3 (чаще 4) – это может повысить частоту генерации.

Кроме того, частоту генерации можно повысить сменой мест резисторов и конденсаторов. Для изменения частоты генерации необходимо одновременно изменить все сопротивления R либо все емкости С.

RC-генераторы с Г-образными цепями обычно работают на фиксированной частоте или в узком диапазоне частот.

Недостатки схемы:

1. Цепь ОС сильно шунтирует каскад усилителя (колебания неустойчивые).

2. Значительные нелинейные искажения.

RC-генератор с мостом Вина на ОУ

Мост Вина (рис.13.8) включен между выходом ОУ и его неинвертирующим входом, чем достигается ПОС. В таком автогенераторе усилитель должен иметь К≈3, однако в усилителе К>>3. Это может привести к большим искажениям. Во избежание этого вводят ООС, которая существенно повышает стабильность работы автогенератора.

Рис.13.8. Принципиальная схема RC-генератора с мостом Вина на ОУ

На рисунке 13.8 символом «U₁» обозначено выходное напряжение.

Резисторы R₃, R₄, R₅ соединяют выход с неинвертирующим входом ОУ. Резисторы R₄ и R₅ определяют требуемый коэффициент усиления, а терморезистор R₃ стабилизирует амплитуду и снижает искажения выходного напряжения.

При перестройке частоты надо изменять либо сопротивления резисторов, либо емкости обоих конденсаторов.

Достоинства схемы:

1. Простая перестройка частот.

2. Диапазон генерируемых частот 1÷10⁷ Гц.

RC-автогенератор с несимметричным двойным Т-образным мостом

На принципиальной схеме RC-автогенератора с несимметричным двойным Т-образным мостом (рис.13.9) выходное напряжение обозначено «U»; цепочка эмиттерной термостабилизации − «RC»; делитель напряжения − «Rg₁», «Rg₂».

Рис. 13.9. Принципиальная схема RC-автогенератора

с несимметричным двойным Т-образным мостом

 

В данной схеме автогенератора К≈11. В таком автогенераторе двойной Т-образный мост включается как цепь ООС. Сдвиг фаз между U_ВХ и U_ВЫХ устанавливается при выполнении условия

; ;

; ; .

Частота колебаний определяется выражением .

Выводы по 2-му вопросу:

1. Одним из важных требований, предъявляемых к автогенераторам, является обеспечение высокой стабильности генерируемой частоты. Для достижения этого применяются сложные схемы стабилизации с использованием кварцевой стабилизации.

2. Автогенераторы нашли широкое применение в системах синтеза частот РПУ, РПДУ, радиостанций ВМФ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рассмотренный в лекции материал позволяет представить принципы работы автогенераторов, используемых в средствах связи различного назначения. Материал данной лекции важен для дисциплин «Устройства приема и обработки радиосигналов в системах подвижной радиосвязи», «Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной связи», а также в дисциплинах родственных связных кафедр.