În ce cazuri este folosit oscilatorul de tip rc. Generatoare RC

RC-generator se numeste generator de oscilatii armonice, in care in loc de un sistem oscilator contine elemente Lși CU, se folosește un circuit rezistiv-capacitiv ( RC-lanţ), care are selectivitate în frecvenţă.

Excluderea inductoarelor din circuit face posibilă reducerea semnificativă a dimensiunilor și greutății generatorului, în special la frecvențe joase, deoarece dimensiunile inductoarelor cresc brusc odată cu scăderea frecvenței. Un avantaj important RC-generatoare comparativ cu LC- generatoarele sunt capacitatea de a le fabrica folosind tehnologia integrală. dar RC- generatoarele au o stabilitate scăzută a frecvenței oscilațiilor generate datorită factorului de calitate scăzut RC- circuite, precum și o formă proastă de oscilații din cauza filtrării slabe a armonicilor superioare în spectrul oscilației de ieșire.

RC- generatoarele pot funcționa într-o gamă largă de frecvențe (de la fracțiuni de hertz la zeci de megaherți), totuși, ele și-au găsit aplicație în echipamentele de comunicații și echipamentele de măsurare în principal la frecvențe joase.

Fundamentele teoriei RC-generatoarele au fost dezvoltate de oamenii de știință sovietici V.P. Aseev, K.F. Teodorchik, E.O. Saakov, V.G. Kriksunov și alții.

RC- generatorul include de obicei un amplificator de bandă largă, realizat pe o lampă, tranzistor sau circuit integrat și RC- un circuit de feedback cu proprietăți selective și determinarea frecvenței oscilațiilor. Amplificatorul compensează pierderile de energie în elementele pasive și asigură îndeplinirea condiției de autoexcitare de amplitudine. Bucla de feedback asigură că condiția fazei de autoexcitare este îndeplinită doar la o singură frecvență. După tipul circuitului de feedback RC-generatoarele sunt împărțite în două grupe:

cu schimbare de fază zero în bucla de feedback;

cu o schimbare de fază în circuitul de feedback cu 180.

Pentru a îmbunătăți forma vibrațiilor generate în RC-generatoarele folosesc elemente cu neliniaritate, care limiteaza cresterea amplitudinii oscilatiilor. Parametrii unui astfel de element se modifică în funcție de amplitudinea oscilațiilor și nu de valorile lor instantanee (un termistor, a cărui rezistență depinde de gradul de încălzire prin curentul care trece prin acesta). Cu o astfel de limitare, forma oscilațiilor nu se schimbă; ele rămân armonice chiar și într-un mod staționar.

Luați în considerare ambele tipuri RC- autogeneratoare.

Oscilator cu defazare de 180 în circuitul de feedback.

Un astfel de autogenerator se mai numește și autogenerator cu un lanț cu trei zale. RC.

În scheme RC- generatoare cu o defazare în circuitul de feedback cu 180, se folosesc amplificatoare care inversează faza tensiunii de intrare. Un astfel de amplificator poate fi, de exemplu, un amplificator operațional cu o intrare inversoare, un amplificator cu o singură treaptă sau un amplificator cu mai multe trepte cu un număr impar de trepte inversoare.

Pentru ca ecuația echilibrului de fază să fie îndeplinită, circuitul de feedback trebuie să furnizeze o schimbare de fază OC = 180.

Pentru a fundamenta structura buclei de feedback, să reproducem caracteristicile de fază-frecvență ale celor mai simple RC-legături (Fig. 3.4).

Orez. Opțiunea 3 RC-link și FFC-ul său

Orez. Opțiunea 4 RC-link și FFC-ul său

Din grafice se poate observa că este cel mai simplu RC-link introduce o schimbare de fază care nu depășește 90. Prin urmare, o schimbare de fază de 180 poate fi realizată prin cascada a trei elementare RC-legături (fig. 5).

Orez. 5 Scheme și caracteristici de fază ale trei legături RC-lanţuri

Elementele RC-circuitele se calculeaza astfel incat sa se obtina un defazaj de 180 la frecventa de generare.Una dintre variantele generatorului cu circuit cu trei legaturi RC prezentat în figura 6

Orez. 6 Generator cu lanț cu trei zale RC

Generatorul constă dintr-un amplificator cu tranzistor rezistiv și un circuit de feedback. Un amplificator cu o singură treaptă cu emițător comun realizează o defazare între tensiunea de la colector și bază K = 180. Prin urmare, pentru a efectua echilibrul de fază, circuitul de feedback trebuie să asigure la frecvența oscilațiilor generate OC = 180.

Să analizăm bucla de feedback, pentru care vom compune un sistem de ecuații folosind metoda curentului de buclă.

Rezolvând sistemul rezultat în raport cu coeficientul de feedback, obținem expresia

Din expresie rezultă că defazarea de 180 se obține în cazul în care este o valoare reală și negativă, adică.

prin urmare, generarea este posibilă la o frecvență

La această frecvență, modulul coeficientului de feedback

Aceasta înseamnă că, pentru a excita auto-oscilații, coeficientul amplificatorului trebuie să fie mai mare de 29.

Tensiunea de ieșire a generatorului este de obicei luată de la colectorul tranzistorului. Pentru a obține oscilații armonice, în circuitul emițătorului este inclus un termistor R T cu un coeficient de rezistență pozitiv la temperatură. Cu o creștere a amplitudinii oscilațiilor, rezistența R T crește și adâncimea feedback-ului negativ în amplificatorul de curent alternativ crește, respectiv, câștigul scade. Când apare un mod de oscilație staționară ( LA= 1), amplificatorul rămâne liniar și nu există nicio distorsiune a formei de undă a curentului colectorului.

Oscilator cu defazaj zero în circuitul de feedback.

O trăsătură caracteristică a circuitelor RC-generatoare cu defazaj zero în bucla de feedback este utilizarea amplificatoarelor în ele care nu inversează faza semnalului de intrare. Un astfel de amplificator poate fi, de exemplu, un amplificator operațional cu o intrare neinversoare sau un amplificator cu mai multe trepte cu un număr par de trepte inversoare. Să luăm în considerare câteva opțiuni posibile pentru circuitele de feedback care oferă defazaj zero (Fig. 7).

Orez. 7 variante de circuite de feedback care asigură schimbarea de fază zero

Ele constau din două verigi, dintre care unul reprezintă RС- o legătură cu o schimbare de fază pozitivă, iar a doua - cu o schimbare de fază negativă. Ca urmare a adăugării răspunsului de fază la o anumită frecvență (frecvența de generare), se poate obține o schimbare de fază de zero.

În practică, cel mai des folosit ca circuit selectiv cu defazaj zero este o punte echilibrată de fază sau, într-un alt mod, o punte Wien (Fig. 7 c), a cărei aplicare este prezentată în diagramă. RC-generator cu defazaj zero, realizat pe amplificatorul operațional (Fig. 8).

Orez. opt RC- generator cu defazaj zero în circuitul OS

În acest circuit, tensiunea de la ieșirea amplificatorului este aplicată intrării sale neinversoare prin circuitul de feedback format din elementele podului Wien. R 1 C 1 și R 2 C 2. Lanț de rezistență RR T formează un alt feedback - negativ, care este conceput pentru a limita creșterea amplitudinii oscilațiilor și a păstra forma lor armonică. Tensiunea de feedback negativ este aplicată intrării inversoare a amplificatorului operațional. Termistor R T trebuie să aibă un coeficient de rezistență negativ la temperatură.

Câștigarea buclei de feedback

trebuie să fie reale și pozitive, iar acest lucru este posibil atunci când egalitatea

De aici se determină frecvența oscilațiilor generate. Dacă R 1 = R 2 =R, C 1 = C 2 = C, atunci

Condiția de amplitudine pentru autoexcitare la frecvența 0 necesită îndeplinirea inegalității

Cu egalitate R 1 = R 2 = Rși C 1 = C 2 = C câştig LA > 3.

Frecvența vibrațiilor poate fi modificată prin schimbarea rezistențelor R sau condensatoare CU, care fac parte din podul Wien, iar amplitudinea oscilațiilor este reglată de rezistența R.

Avantajul principal RC-generatoare înainte LC-generatoarele consta in faptul ca primele sunt mai usor de implementat pentru frecvente joase. De exemplu, dacă într-un circuit generator cu defazaj zero în circuitul de feedback (Fig. 8) R 1 = R 2 = 1 MOhm, C 1 = C 2 = 1 μF, apoi frecvența generată

.

Pentru a obține aceeași frecvență LC-generator, ar fi necesară inductanța L= 1016 H at CU= 1 μF, care este dificil de implementat.

V RC-generatoare este posibilă prin modificarea simultană a valorilor capacităților CU 1 și CU 2, obțineți o gamă de reglare a frecvenței mai larg decât este cazul în LC-generatoare. Pentru LC-generatoare

în timp ce pentru RC-generatoare, la CU 1 = CU 2

Spre dezavantaje RC-generatoarele ar trebui puse pe seama faptului că la frecvențe relativ mari sunt mai greu de implementat decât LC-generatoare. Într-adevăr, valoarea capacității nu poate fi redusă la mai puțin decât capacitatea de montare, iar o scădere a rezistențelor rezistențelor duce la o scădere a câștigului, ceea ce face dificilă îndeplinirea condiției de amplitudine pentru autoexcitare.

Avantajele și dezavantajele enumerate RC-generatoarele au determinat utilizarea lor în domeniul de frecvență joasă cu un coeficient mare de suprapunere a frecvenței.

Cele mai răspândite sunt două tipuri de circuite de defazare: așa-numita scară (Figura 3, a, b) și podul Wien (Figura 3, c).

Orez. 3. Trei legături RС circuitele (a, b) și circuitul podului Wien (c)

Lanțurile de scară reprezintă o conexiune în serie de, de obicei, trei RC link-uri, fiecare cu aceleași elemente ( R1 = R2 = R3 = R și C 1 = C 2 = C 3 = C ) oferă o defazare de 60 ° a semnalului. Ca rezultat, tensiunea de ieșire va fi deplasată în raport cu tensiunea de intrare cu 180 °. În funcție de care dintre elementele lanțului este definitiv, ele sunt denumite fie CU -paralel (Figura 3, a), sau R -paralel (Figura 3, b). Pentru a excita oscilațiile, amplificatorul trebuie să aibă și o defazare de 180 °, adică trebuie să fie inversată. Circuitul scarii trebuie conectat la intrarea inversoare a amplificatorului.

Frecvența generatorului este determinată de constanta de timp RC lanţuri. Frecvența oscilațiilor sinusoidale generate pentru aceste circuite în condiții R1 = R2 = R3 = R și C 1 = C 2 = C 3 = C calculate prin următoarele formule:

Pentru schema CU -paralel

pentru schema R -paralel

Pentru a asigura echilibrul amplitudinilor, castigul amplificatorului trebuie sa fie egal cu atenuarea introdusa de circuitul defazator prin care tensiunea de la iesire intra in intrarea amplificatorului, sau o depaseste. Calculele arată că pentru circuitele de mai sus, atenuarea este de 210. Prin urmare, circuitele care utilizează lanțuri defazate cu trei legături cu aceleași legături pot genera oscilații sinusoidale cu o frecvență numai dacă câștigul amplificatorului depășește 210. Bridge (lanț) Vinuri (Figura) 3, c) este format din două RС link-uri. Prima legătură constă într-o conexiune serială Rși CU si are rezistenta

A doua legătură constă dintr-o conexiune paralelă a acesteia R și CU si are rezistenta

Raportul de transfer al legăturii de feedback pozitiv este determinat de expresie

de unde după înlocuire Z1 și Z2 , găsi

Dacă condiția este îndeplinită

atunci și schimbarea de fază va fi zero.

În acest caz, frecvența generatorului poate fi determinată prin formula

Astfel, podul Wien la frecvența „cvasi-rezonanță” nu creează o schimbare de fază și are o atenuare egală cu 1/3. Prin urmare, podul Wien trebuie inclus în circuitul de feedback pozitiv din amplificator, al cărui factor de amplificare atunci când circuitul este deschis este OS trebuie să fie de cel puțin 3. Utilizarea circuitelor amplificatoare cu o singură treaptă în acest caz este imposibilă. În etape cu un emițător comun sau o sursă comună, defazajul dintre semnalele de intrare și de ieșire este 180 ° , care exclude folosirea lor, deoarece în acest caz, condiția echilibrului de fază este încălcată. Circuitele cu un colector comun sau o sursă comună, deși nu inversează fazele semnalului, au un câștig de tensiune mai mic decât unitatea, drept urmare este imposibil să se îndeplinească condiția de echilibrare a amplitudinii. Etapele de amplificare cu o bază comună sau o poartă comună au o impedanță de intrare foarte scăzută, care, atunci când este introdus feedback, își deplasează ieșirea, reducându-și câștigul. Prin urmare, îndeplinirea condiției de echilibru se dovedește a fi foarte dificilă. Prin urmare, la construirea unui generator bazat pe elemente discrete, se folosește un amplificator în două trepte.

Cel mai simplu este să construiești un oscilator pe podul Wien folosind un amplificator operațional. Există un lanț în el Pic format din podul Wien poate fi conectat la o intrare directă, neinversoare, iar câștigul dorit poate fi setat cu un divizor rezistiv în circuit OOS conectat la intrarea inversoare (Figura 4).

Orez. 4. Bazat pe generator OU

Raportul rezistențelor din circuit OOS, asigurând îndeplinirea condiţiei balanţei amplitudinilor, trebuie să corespundă raportului, întrucât câștigul pentru semnalul aplicat intrării neinversoare este cu unul mai mare decât raportul rezistențelor indicate.

Generatoarele de circuite oscilante sunt de neînlocuit ca surse de oscilații sinusoidale de înaltă frecvență. Pentru a genera oscilații cu frecvențe mai mici de 15 ... 20 kHz, acestea sunt incomode, deoarece circuitul oscilator este prea greoi.

Un alt dezavantaj al generatoarelor LC de joasă frecvență este dificultatea de a le regla în domeniul de frecvență. Toate acestea au dus la utilizarea pe scară largă a generatoarelor RC la frecvențele de mai sus, în care filtrele electrice RC de frecvență sunt folosite în locul unui circuit oscilator. Generatoarele de acest tip pot genera oscilații sinusoidale destul de stabile pe un interval de frecvență relativ larg de la fracțiuni de hertz la sute de kiloherți. Sunt mici și ușoare, iar aceste avantaje ale generatoarelor RC se manifestă cel mai pe deplin în regiunea de joasă frecvență.

4.2 Schema bloc a generatorului rc

Acest circuit este prezentat în Fig. nr. 7.

Fig. Nr. 7. Schema bloc a autogeneratorului RC.

Circuitul conține un amplificator 1, încărcat cu un rezistor și care primește putere de la o sursă de tensiune constantă 3. Pentru autoexcitarea amplificatorului, adică. pentru a obține oscilații susținute este necesar să se alimenteze la intrarea sa o parte din tensiunea de ieșire care depășește tensiunea de intrare (sau egală cu aceasta) și coincide cu aceasta în fază. Cu alte cuvinte, amplificatorul trebuie acoperit cu feedback pozitiv, iar feedback-ul cu patru poli 2 trebuie să aibă un coeficient de transmisie suficient. Această problemă este rezolvată în cazul în care dispozitivul cu doi poli 2 conține un circuit de defazare format din rezistențe și condensatori, defazajul dintre tensiunile de intrare și de ieșire este de 180 0.

4.3 Principiul de funcționare al circuitului de defazare

A cărei diagramă este prezentată în Fig. Nr. 8a, ilustrat folosind diagrama vectorială din Fig. nr. 8b.

Fig. 8. Circuite defazate: a - schema; b - diagrama vectoriala; c, d - lanțuri cu trei zale

Lăsați tensiunea U1 să fie aplicată la intrarea acestui circuit RC. Determină un curent I în circuit, care creează o cădere de tensiune pe condensator

(unde ω este frecvența tensiunii U1) și pe rezistorul U R = IR, care este simultan și tensiunea de ieșire U2. În acest caz, unghiul de defazare dintre curentul I și tensiunea Uc este egal cu 90 0, iar între curentul I și tensiunea U R - zero. Vectorul tensiune U1 este egal cu suma geometrică a vectorilor U C și U R și formează un unghi φ cu vectorul U2. Cu cât capacitatea condensatorului C este mai mică, cu atât unghiul φ este mai apropiat de 90 0.

4.4 Condiții de autoexcitare a rc - auto-oscilator

Cel mai mare unghi φ, care poate fi obținut prin modificarea valorilor elementelor circuitului RC, este aproape de 90 0. În practică, elementele de circuit R și C sunt selectate după cum urmează. Astfel încât unghiul φ = 60 0. Prin urmare, pentru a obține unghiul de fază φ = 180 0, care este necesar pentru a îndeplini condiția de echilibru de fază. Este necesar să conectați trei legături RC în serie.

În fig. Nr. 8 c, d prezintă două variante de circuite de defazare cu trei legături. Defazajul dintre tensiunile de ieșire și de intrare cu un unghi de 180 0 la R1 = R2 = R3 = R și C1 = C2 = C3 = C este furnizat la frecvențele: f 01 ≈ (în circuitul din fig. 8c) și f 02 ≈ (în circuitul 8d), unde R este exprimat în ohmi, C- în faradi și f 0 - în herți. Valorile lui f 01 și f 02 sunt simultan frecvența auto-oscilațiilor.

Pentru a asigura echilibrul amplitudinilor, castigul amplificatorului K us nu trebuie sa fie mai mic decat coeficientul de transmisie al circuitului de feedback K o.s. =. Calculele arată că pentru schemele date K o.c =. Astfel, auto-oscilațiile în generatoarele RC care conțin circuite de defazare cu trei legături cu aceleași legături sunt posibile numai dacă sunt îndeplinite condițiile

f auto = f 01 (sau f auto = f 02); K mustață ≥29.

Generatoarele RC aparțin clasei sistemelor auto-oscilante

tip de relaxare. Elementele principale ale unui astfel de generator sunt

amplificator şi legături aperiodice compuse din rezistenţe şi

condensatoare. Neavând un circuit oscilant în componența sa, așa

generatoarele fac totuşi posibilă obţinerea de oscilaţii apropiate ca formă de

armonic. Cu toate acestea, cu regenerare puternică a sistemului, atunci când este utilizat

regiuni substanțial neliniare ale caracteristicilor amplificatorului, modul de vibrație,

din cauza absenței unui circuit oscilant, acesta este foarte distorsionat. De aceea

generatorul ar trebui să funcționeze la un ușor depășire a pragului

autoexcitare.

Principalele avantaje ale generatoarelor de tip RC sunt simplitatea și

dimensiuni mici. Aceste avantaje sunt mai ales pronunțate când

generand frecvente joase. Pentru a genera frecvențe de ordinul a 100 Hz in

Generatoarele LC (generatoare Thomson) ar necesita foarte mari

valorile inductanțelor și capacităților

În capitolul anterior au fost luate în considerare autogeneratoarele LC. Sunt folosite la frecvențe înalte. Dacă este necesară generarea de frecvențe joase, utilizarea generatoarelor LC devine dificilă. De ce? Totul este foarte simplu. Deoarece formula pentru determinarea frecvenței de generare a oscilațiilor arată astfel:

este ușor de observat că, pentru a scădea frecvența, este necesară creșterea capacității și inductanței circuitului. Și o creștere a capacității și inductanței duce direct la o creștere a dimensiunilor totale. Cu alte cuvinte, dimensiunile conturului vor fi gigantice. Și cu stabilizarea frecvenței, situația va fi și mai rea.

Prin urmare, am venit cu oscilatoare RC, pe care le vom lua în considerare aici.

Cel mai simplu generator RC este așa-numitul circuit de fazare trifazat, care se mai numește și circuit cu elemente reactive de același semn. Este prezentat în fig. 1.

Orez. 1 - RC-oscilator cu un lanț de defazare

Din diagramă se poate observa că acesta este doar un amplificator, între ieșirea și intrarea căruia este conectat un circuit, care inversează faza semnalului cu 180º. Acest circuit se numește defazaj. Lanțul de defazare este format din elementele C1R1, C2R2, C3R3. Cu ajutorul unui lanț de la un resik și un conder, se poate obține o schimbare de fază de cel mult 90º. În realitate, deplasarea este aproape de 60º. Prin urmare, pentru a obține o defazare de 180º, trebuie instalate trei lanțuri. De la ieșirea ultimului circuit RC, semnalul este alimentat la baza tranzistorului.

Lucrarea începe în momentul în care sursa de alimentare este pornită. Pulsul rezultat al curentului colectorului conține un spectru larg și continuu de frecvențe, în care va exista neapărat frecvența de generare necesară. În acest caz, oscilațiile frecvenței la care este reglat circuitul de defazare vor deveni neamortizate. Pentru oscilațiile frecvențelor rămase, condițiile de autoexcitare nu vor fi îndeplinite și, în consecință, se degradează rapid. Frecvența vibrațiilor este determinată de formula:

În acest caz, trebuie îndeplinită următoarea condiție:

R1 = R2 = R3 = R
C1 = C2 = C3 = C

Astfel de generatoare sunt capabile să funcționeze doar la o frecvență fixă.

Pe lângă generatorul considerat care utilizează un circuit de defazare, există o altă opțiune interesantă, de altfel, cea mai comună. Să ne uităm la fig. 2.

Orez. 2 - Filtru de trecere de bandă RC pasiv cu divizor independent de frecvență

Deci, chiar această structură este așa-numitul pod Wien-Robinson, deși cel mai comun nume este pur și simplu podul Wien. Alți savanți scriu un pod de vin cu două „n”.

Partea stângă a designului ento este un filtru pasiv de bandă RC; tensiunea de ieșire este eliminată în punctul A. Partea dreaptă nu este altceva decât un divizor independent de frecvență. Este general acceptat că R1 = R2 = R, C1 = C2 = C. Apoi frecvența de rezonanță va fi determinată de următoarea expresie:

În acest caz, modulul câștigului este maxim și este egal cu 1/3, iar defazarea este zero. Dacă coeficientul de transfer al divizorului este egal cu coeficientul de transfer al filtrului trece-bandă, atunci la frecvența de rezonanță tensiunea dintre punctele A și B va fi egală cu zero, iar răspunsul de fază la frecvența de rezonanță sare de la -90º la + 90º. În general, trebuie îndeplinită următoarea condiție:

Desigur, totul este considerat ca de obicei în cazuri ideale sau aproape de ideale. Dar, în realitate, situația, ca întotdeauna, este puțin mai proastă. Deoarece fiecare element real al podului Wien are o anumită împrăștiere a parametrilor, chiar și o ușoară încălcare a condiției R3 = 2R4 va duce fie la o creștere a amplitudinii oscilațiilor până la saturarea amplificatorului, fie la amortizarea oscilațiilor sau a acestora. imposibilitate totală.

Pentru a fi complet clar, vom introduce o cascadă de amplificare în podul Vinei. Pentru simplitate, să conectăm un amplificator operațional (op-amp).

Orez. 3 - Cel mai simplu generator cu un pod de vin

În general, acesta nu este modul de utilizare a acestei scheme, deoarece în orice caz va exista o împrăștiere în parametrii podului. Prin urmare, în locul rezistenței R4, se introduce o rezistență neliniară sau controlată. De exemplu, un rezistor neliniar, rezistență controlată folosind tranzistori, atât cu efect de câmp, cât și bipolar, și alte prostii. Foarte des, tăietorul R4 din pod este înlocuit cu o lampă incandescentă de microputere, a cărei rezistență dinamică crește odată cu creșterea amplitudinii curentului. Filamentul are o inerție termică suficient de mare, iar la frecvențe de câteva sute de herți practic nu afectează funcționarea circuitului într-o singură perioadă.

Generatoarele cu punte Wien au o proprietate bună: dacă rezistențele R1 și R2 sunt înlocuite cu altele alternative, dar numai cu una duală, atunci frecvența de generare poate fi reglată în anumite limite. Este posibil să împărțiți conductoarele C1 și C2 în secțiuni, apoi va fi posibilă comutarea intervalelor și, cu un rezistor variabil dublu, reglați fără probleme frecvența în intervale. Pentru cei din rezervor, o diagramă aproape practică a unui generator de pod Wien este prezentată în Figura 4.

Orez. 4 - RC-generator cu Wine bridge

Deci, puntea Vin este formată din condensatoare C1-C8, R1 dublu rezist și R2R3 resiks. Comutatorul SA1 este folosit pentru a selecta intervalul, cu freza R1 - reglare lină în domeniul selectat. Op-amp DA2 este un adept de tensiune pentru a se potrivi cu sarcina.

RCoscilator cu o etapă de potrivire și un circuit de defazare

Principalul avantaj al oscilatoarelor RC este capacitatea de a genera oscilații stabile de joasă frecvență (până la 20 kHz). Dezavantajul unor astfel de generatoare este că nu sunt economice în comparație cu autogeneratoarele LC, deoarece autogeneratoarele RC funcționează într-un mod de autoexcitare moale.

În oscilatoarele RC, filtrele RC sunt folosite pentru a construi un circuit selectiv.În oscilatorul luat în considerare, un circuit de feedback pozitiv este construit prin conectarea mai multor filtre RC în serie.

Luați în considerare procesele care au loc în filtrul RC prezentat în Figura 16, a. Pentru claritate, explicația va fi explicată folosind o diagramă vectorială (Figura 16, b). Când tensiunea Uin este aplicată la intrare, curentul i circulă în circuit. Acest curent creează o cădere de tensiune între condensatorul U C și rezistența U R. Tensiunea U R este simultan tensiunea de ieșire Uout. Tensiunea Uout este în fază cu curentul i, iar tensiunea U C este deplasată față de Uout cu 90 °. Tensiunea la intrarea circuitului este egală cu suma geometrică a vectorilor Uout și U C și corespunde vectorului Uin. Vectorii Uin și Uout sunt defazați unul față de celălalt cu un unghi j.

Figura 16 - O diagramă schematică a unui filtru RC și o diagramă vectorială care explică procesele care au loc în acesta.

Unghiul j poate fi mărit prin scăderea capacității condensatorului. După cum se vede din diagrama 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.

Figura 17 - Scheme electrice de bază ale circuitelor defazate cu trei legături

Frecvența oscilațiilor generate la utilizarea acestor scheme este determinată de expresiile:

pentru circuitul prezentat în figura 17 și

fg = 0,065 /RC (27)

Figura 18 - Diagrame de timp ale tensiunilor la ieșirea legăturilor circuitului defazator

pentru circuitul prezentat în Figura 17, b

fg = 0,39 /RC (28)

unde R = R 1 = R 2 = R 3 și C = C 1 = C 2 = C 3

Astfel, filtrele din generatorul luat în considerare îndeplinesc mai multe funcții simultan: determină frecvența oscilațiilor generate, determină forma oscilațiilor și participă la implementarea echilibrului de fază.

O diagramă schematică a unui oscilator RC cu o etapă de potrivire și un circuit de defazare este prezentată în Figura 19.

În acest generator, treapta amplificatorului este asamblată pe un tranzistor VT1. Amplificatorul este încărcat cu rezistența R3. Circuitul de defazare cu trei legături este format din elementele C4 C5 C6 și R4 R5 R6. Pentru a potrivi rezistența scăzută de intrare a tranzistorului VT1 cu rezistența circuitului de defazare, se folosește o etapă de potrivire? adept emițător. Această etapă este asamblată pe un tranzistor VT2 conectat conform unui circuit cu un colector comun. În absența acestei etape, impedanța scăzută de intrare VT1 va ocoli circuitul de feedback și va reduce semnificativ coeficientul de feedback, iar acest lucru

Figura 19 - Schema electrică schematică a unui oscilator RC cu o etapă de potrivire și un circuit de defazare

va duce la nerespectarea condiţiei de echilibru de amplitudine. Rezistorul R9 servește ca sarcină pentru adeptul emițătorului. Polarizarea tensiunii la tranzistoare este furnizată de divizoarele de tensiune R1 R2 și R7 R8. Elementele C1 R10 sunt un filtru de putere. C2 C3 C7 sunt condensatoare de decuplare. Factorul de feedback al unui astfel de generator este 1/29, prin urmare, pentru a echilibra amplitudinile, câștigul amplificatorului trebuie să fie Cus? 29.

Oscilator RC cu circuit echilibrat de fază

În generatoarele cu un număr par de trepte de amplificare, nu este nevoie să folosiți circuite de defazare în circuitul de feedback pozitiv. Pentru a selecta oscilațiile frecvenței necesare în tensiunea de ieșire a unor astfel de generatoare, în circuitul de feedback este inclus un dispozitiv cu patru poli cu proprietăți selective în frecvență (circuit echilibrat de fază). O diagramă schematică a unei astfel de rețele cu două porturi este prezentată în Figura 20.

Pentru a genera oscilații, este necesar ca acest dispozitiv cu patru poli să nu introducă o defazare între tensiunea de intrare Uin și tensiunea de ieșire Uout, adică j in trebuie să fie egal cu j out. Frecvența la care j in = j out este determinată de expresie

Figura 20 - Schema electrică schematică a unei rețele cu patru porturi selective în funcție de frecvență

fr = 1/2p ? R1C1R2C2 (29)

Este convenabil să alegeți R 1 = R 2 = R, C 1 = C 2 = C, atunci expresia 26 va lua forma

fr = 1/2p RC (30)

La toate celelalte frecvențe, va avea loc o schimbare de fază, ceea ce înseamnă că la aceste frecvențe nu va fi îndeplinită condiția de echilibru de fază și nu vor exista oscilații cu aceste frecvențe.

Coeficientul de feedback în acest caz va fi egal cu 1/3 și, prin urmare, pentru a echilibra amplitudinile, factorul de amplificare al amplificatorului oscilatorului trebuie să fie de cel puțin 3.

O diagramă electrică schematică a unui oscilator RC cu un circuit echilibrat de fază este prezentată în Figura 21.

Figura 21 - Schema schematică a unui oscilator RC cu circuit echilibrat de fază

În acest generator, amplificatorul este asamblat pe două trepte de amplificare asamblate pe tranzistoarele VT1 și VT2. Aceste trepte sunt încărcate de rezistențele R3 și R5. Tensiunea de polarizare este aplicată tranzistorilor cu un curent de bază fix prin rezistențele R2 și R4. Elementele C1 R1 C2 R2 formează un circuit echilibrat de fază într-un circuit de reacție pozitivă. Elementele C4 C5 sunt condensatoare de decuplare. Elemente filtrante de putere R6 C3. Condiția de echilibrare a amplitudinilor în acest circuit este îndeplinită datorită a două trepte de amplificare, cu ajutorul cărora se realizează ușor un câștig egal cu 3. Echilibrul de fază se realizează prin pornirea a două tranzistoare conform unui circuit cu emițător comun. (defazarea totală în acest caz este de 180 ° + 180 ° = 360 °) ...

Oscilator RC cu Wine Bridge

Avantajul acestui generator este capacitatea de a modifica frecvența oscilațiilor generate. Schema schematică a acestui generator este prezentată în Figura 22.

Figura 22 - Schema electrică schematică a unui oscilator RC cu punte Wien

În acest generator, amplificatorul are și două trepte de amplificare asamblate pe tranzistoarele VT1 și VT2. Aceste trepte sunt încărcate de rezistențele R4 și R9. Tensiunea de polarizare este furnizată rezistențelor prin divizoare de tensiune R2 R3 și R7 R8.

Tensiunea de ieșire este alimentată la intrarea amplificatorului prin circuitul echilibrat de fază C1 R1 C2 R3, care este unul dintre brațele podului Wien, al doilea braț este format din elementele R6 R5. A doua ramură este conectată la ieșirea amplificatorului printr-un condensator mare C5, astfel încât circuitul R5 R6 să nu creeze o schimbare de fază vizibilă. Alături de feedback-ul pozitiv este introdus și feedback-ul negativ format din elementele R5 R10 C5 R6. Feedback-ul negativ, prin scăderea câștigului, reduce semnificativ distorsiunea neliniară a oscilațiilor generate. O scădere a câștigului nu duce la o perturbare a echilibrului amplitudinilor, deoarece un amplificator real în două trepte are un câștig mult mai mare decât 3. În plus, elementele R5 R10 asigură stabilizarea temperaturii punctului de funcționare al tranzistoarelor. . Frecvența oscilațiilor generate în generatorul luat în considerare este controlată prin reglarea simultană a rezistențelor rezistențelor R1 R3, dar poate fi efectuată și prin reglarea simultană a capacităților condensatoarelor C1 C2.