RC-автогенератор с мостом Вина

Рисунок 13.6 – Структурная схема RC-автогенератора с мостом Вина.

Низкочастотный усилитель имеет постоянный коэффициент усиления и постоянный фазовый сдвиг 360⁰ между входным и выходным напряжениями в пределах полосы пропускания. ФЧХ цепи ПОС такова, что для одной частоты создаются преимущественные условия (нулевой фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями). Т.к. коэффициент передачи двухкаскадного усилителя существенно больше отношения , то выходное напряжение достигнет значения раньше амплитудного значения, что приведет к значительным искажениям формы колебаний.

Рисунок 13.7 – Искажения формы колебаний.

Линейная отрицательная обратная связь (ООС) приводит к уменьшению коэффициента усиления, а следовательно к уменьшению искажений формы колебаний. Для поддержания и минимальных искажений формы используют автоматическое регулирование коэффициента усиления в зависимости от амплитуды генерируемых колебаний. Для этого используется цепь нелинейной ООС, когда одним из ее элементов является нелинейное сопротивление. Изменение его сопротивления приводит к изменению глубины ООС, а следовательно коэффициента усиления усилителя.

Мост Вина представляет собой четырехплечный мост переменного тока, два плеча которого состоят из частотно зависимых элементов, а два других – чисто активные.

Рисунок 13.8 – Мост Вина:

R1,R2,C1,C2 – частотозависимая ветвь моста (ветвь ПОС);

R3,R4 – активная ветвь моста (ветвь ООС).

Существует единственная частота

,

на которой фазовый сдвиг между подводимым напряжением и напряжением на выходе равен нулю.

Коэффициенты передачи ветви ПОС моста Вина на этой частоте равен . Следовательно, минимальный коэффициент усиления для обеспечения выполнения БА . Реальный двухкаскадный усилитель позволяет получить усиление по напряжению намного превышающий , поэтому такой усилитель охватывается глубокой ООС.

Рисунок 13.9 – RC-генератор с мостом Вина:

VT1, VT2 – усилительные элементы двухкаскадного усилителя;

R1, R2, R3, R4, C2, C2 – частотнозависимая ветвь моста (ветвь ПОС);

R3, R4, R5 – элементы, обеспечивающие режим по постоянному току каскада на VT1;

R6 – нагрузка коллекторной цепи VT1;

R7, R8 – активная ветвь моста (ветвь ООС);

C3, C4 – разделительные конденсаторы, т.е. не пропускают постоянный ток на вход второго каскада и в нагрузку соответственно;

R9,R10 – элементы, обеспечивающие режим по постоянному току каскада на VT2;

R11 – нагрузка коллекторной цепи VT2;

R12 – температурная стабилизация рабочей точки. На R12 образуется сигнал ООС, которым дополнительно охватывается каскад на VT2;

R13 – нагрузка генератора.

БФ выполняется за счет того, что двухкаскадный усилитель на транзисторах, включенных по схеме с ОЭ, имеет полный фазовый сдвиг между сигналами и 360⁰. Мост Вина по частоте генерации не вносит фазового сдвига.

БА выполняется следующим образом. Двухкаскадный усилитель, имеющий коэффициент усиления , охватывают обратной отрицательной связью (в цепях эмиттеров транзисторов отсутствуют конденсаторы и введена активная ветвь моста Вина), которая снижает коэффициент усиления.

При подключении к источнику питания уменьшается потенциал коллектора транзисторов. По частотозависимой ветви моста на вход усилителя (базу VT1) поступает это уменьшение (сигнал ПОС), уменьшая потенциал базы и увеличивая потенциал коллектора. Теперь рост потенциала коллектора поступает по цепи ПОС на вход усилителя и приводит к уменьшению потенциала коллектора и т.д. Таким образом, на выходе будут наблюдаться колебания электрической энергии.

RC-генераторы применяют при радиотехнических измерениях в диапазоне звуковых, низких и очень низких частот.