У яких випадках застосовується автогенератор типу rc. RC генератори

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 зворотного зв'язку, що має вибіркові властивості і 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 фазою 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 речовою 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 речовинною 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.

Найбільшого поширення набули два типи фазозсувних ланцюгів: звані сходові (малюнок 3,а,б) і міст Вина (малюнок 3,в).

Мал. 3. Триланкові RСланцюга (а,б) та схема мосту Вина (в)

Сходові ланцюжки представляють послідовне з'єднання зазвичай трьох RCланок, кожна з яких при однакових елементах ( R 1 = R 2 = R 3 = R і З 1 = З 2 = З 3 = З ) забезпечує зсув сигналу фазою на 60°. В результаті вихідна напруга буде зрушена по відношенню до вхідної на 180 °. Залежно від цього, який із елементів ланцюга є кінцевим вони мають найменування чи З -паралель (рисунок 3,а), або R -паралель (малюнок 3,б). Для збудження коливань підсилювач також повинен мати зсув фазі, рівний 180°, тобто. він має бути інвертуючим. Сходовий ланцюг повинен бути підключений до входу підсилювача, що інвертує.

Частота генератора визначається постійним часом RCланцюгів. Частота синусоїдальних коливань, що генеруються, для цих схем за умови R 1 = R 2 = R 3 = R і З 1 = З 2 = З 3 = З розраховується за такими формулами:

Для схеми З -паралель

для схеми R -паралель

Для забезпечення балансу амплітуд коефіцієнт посилення підсилювача повинен дорівнювати загасанню, що вноситься фазовращающей ланцюжком, через яку напруга з виходу надходить на вхід підсилювача, або перевищувати його. Розрахунки показують, що для наведених схем загасання дорівнює 210. Отже, схеми з використанням триланкових фазообертальних ланцюжків, що мають однакові ланки, можуть генерувати синусоїдальні коливання з частотою лише в тому випадку, коли коефіцієнт посилення підсилювача перевищує 210. Міст (ланцюжок) Вина ( ,в) складається з двох RС ланок. Перша ланка складається з послідовної сполуки Rі Зі має опір

Друга ланка складається з паралельного з'єднання таких же R і З і має опір

Коефіцієнт передачі ланки позитивного зворотного зв'язку визначається виразом

звідки після підстановки Z1 і Z2 , знайдемо

Якщо виконати умову

то фазовий зсув дорівнюватиме нулю, а .

У цьому випадку частоту генератора можна буде визначити за формулою

Таким чином, міст Вина на частоті "квазірезонансу" не створює фазовий зсув і носить згасання, що дорівнює 1/3. Тому міст Вина має бути включений у ланцюг позитивного зворотного зв'язку в підсилювач, коефіцієнт посилення якого при розімкнутому ланцюгу ОСмає бути щонайменше 3. Застосування однокаскадних схем підсилювачів у разі неможливо. У каскадах із загальним емітером або із загальним витоком зсув по фазі між вхідним і вихідним сигналами дорівнює 180 ° , що унеможливлює їх застосування, т.к. у разі порушується умова балансу фаз. Схеми із загальним колектором або загальним витоком хоч і не перевертають фази сигналу, але мають коефіцієнт посилення напруги менше одиниці, внаслідок чого неможливо виконати умову балансу амплітуд. Підсилювальні каскади із загальною базою або загальним затвором мають дуже малий вхідний опір, який при введенні зворотного зв'язку шунтує її вихід, зменшуючи коефіцієнт передачі. Тому виконання умови балансу виявляється дуже скрутним. Тому при побудові генератора дискретних елементах використовують двокаскадний підсилювач.

Найбільше просто будується генератор на мосту Вина при використанні операційного підсилювача. У ньому ланцюг ПІС, що формується мостом Вина, можна приєднати до прямого входу, що не інвертує, а потрібний коефіцієнт посилення задати резистивним дільником в ланцюгу ООС, приєднаної до входу, що інвертує (рисунок 4).

Мал. 4. Генератор на основі ОУ

Відношення резисторів у ланцюзі ООС,забезпечує виконання умови балансу амплітуд, має відповідати співвідношенню т.к. коефіцієнт посилення для сигналу, що подається на вхід, що не інвертує, на одиницю більше відношення зазначених резисторів.

Генератори з коливальним контуром незамінні як джерела високочастотних синусоїдальних коливань. Для генерування коливань із частотами менше 15...20 кГц вони незручні, оскільки коливальний контур виходить занадто громіздким.

Іншим недоліком низькочастотних LC - генераторів є складність їх перебудови в діапазоні частот. Все це зумовило широке застосування на зазначених вище частотах RC-генераторів, в яких замість коливального контуру використовуються електричні частотні RC-фільтри. Генератори цього типу можуть генерувати досить стабільні синусоїдальні коливання відносно широкому діапазоні частот від часток герца до сотень кілогерц. Вони мають малі розміри та масу, причому ці переваги RC-генераторів найбільш повно виявляються в області низьких частот.

4.2 Структурна схема rc-генератора

Ця схема зображена на рис. №7.

Структурна схема RC-автогенератора.

Схема містить підсилювач 1, навантажений резистором і отримує живлення джерела постійної напруги 3. Для самозбудження підсилювача, тобто. для отримання незагасаючих коливань, необхідно подати на його вхід частину вихідної напруги, що перевищує вхідне (або рівне йому) і збігається з ним по фазі. Інакше кажучи, підсилювач необхідно охопити позитивним зворотним зв'язком, причому чотириполюсник зворотного зв'язку 2 повинен мати достатній коефіцієнт передачі. Це завдання вирішується в тому випадку, коли чотириполюсник 2 містить фазозсувний ланцюг, що складається з резисторів і конденсаторів зсув фаз між вхідною і вихідною напругою 180 0 .

4.3 Принцип роботи фазозсувного ланцюга

Схема якої показано на рис. № 8а ілюструється за допомогою векторної діаграми рис. №8б.

Рис.8. Фазозсувні ланцюги: а- принципова схема; б- векторна діаграма; в, г-триланкові ланцюги

Нехай до входу цього ланцюга RC підведено напругу U1. Воно викликає в ланцюгу струм I, що створює падіння напруги на конденсаторі

(де ω-частота напруги U1) та на резисторі U R =IR, яке одночасно є вихідною напругою U2. При цьому кут зсуву фаз між струмом I і напругою Uс дорівнює 90 0 між струмом I і напругою U R - нулю. Вектор напруги U1 дорівнює геометричній сумі векторів U C і U R і становить вектор U2 кут φ. Чим менша ємність конденсатора, тим ближче кут φ до 90 0 .

4.4 Умови самозбудження rc – автогенератора

Найбільший кут φ, який можна отримати при зміні значень елементів RC ланцюга, близький до 90 0 . Практично елементи схеми R та C підбирають так. Щоб кут = 60 0 . Отже, для отримання кута зсуву фаз φ=180 0 необхідного для виконання умови балансу фаз. Потрібно послідовно включити три ланки RC.

На рис. № 8 в, г показані два варіанти схем триланкових фазозсувних ланцюгів. Зсув фаз між вихідною та вхідною напругою на кут 180 0 при R1=R2=R3=R і C1=C2=C3=C забезпечується на частотах: f 01 ≈(у схемі на рис. № 8в) та f 02 ≈(у схемі на рис. № 8г), де R виражено в омах, C-у фарадах, а f0 - у герцях. Значення f01 і f02 одночасно частоту автоколивань.

Для забезпечення балансу амплітуд коефіцієнт посилення підсилювача Кус не повинен бути меншим за коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку К о.с. =. Розрахунки показують, що з наведених схем К о.с =. Таким чином, автоколивання в RC-генераторах, що містять триланкові фазозсувні ланцюги з однаковими ланками, можливе лише при виконанні умов

f авт = f 01 (або f авт = f 02); До вус ≥29.

RC-генератори відносяться до класу автоколивальних систем

релаксаційного типу. Основними елементами такого генератора є

підсилювач та аперіодичні ланки, складені з резисторів і

конденсаторів. Не маючи у своєму складі коливального контуру, такі

генератори, тим не менш, дозволяють отримувати коливання, близькі за формою до

гармонійним. Однак при сильній регенерації системи, коли використовуються

суттєво нелінійні області характеристики підсилювача, форма коливань,

через відсутність коливального контуру сильно спотворюється. Тому

генератор повинен працювати при незначному перевищенні порога

самозбудження.

Основними перевагами генераторів RC-типу є простота і

малі габарити. Ці переваги особливо яскраво виявляються при

генерування низьких частот Для генерування частот близько 100 Гц

LC-генераторах (генераторах Томсона) знадобилися б дуже великі

значення індуктивностей та ємностей

У попередньому розділі розглядалися LC-автогенератори. Вони використовуються на високих частотах. Якщо необхідно генерувати низькі частоти, застосування LС-генераторов стає скрутним. Чому? Все дуже просто. Оскільки формула для визначення частоти генерування коливань виглядає так:

то неважко помітити, що зменшення частоти необхідно збільшувати ємність і індуктивність контуру. А збільшення ємності та індуктивності безпосередньо тягне за собою збільшення габаритних розмірів. Іншими словами, розміри контуру будуть гігантськими. А зі стабілізацією частоти справа буде ще гірша.

Тому вигадали RC-автогенератори, які тут ми й розглянемо.

Найбільш простим RC-генератором є так звана схема з трифазним фазуючим ланцюжком, який ще називається схемою з реактивними елементами одного знака. Вона показана на рис. 1.

Мал. 1 - RC-автогенератор з фазообертальним ланцюжком

Зі схеми видно, що це всього лише підсилювач, між виходом і входом якого включений ланцюг, який перевертає фазу сигналу на 180º. Цей ланцюг називається фазообертальним. Фазовращающий ланцюжок складається з елементів С1R1, C2R2, C3R3. За допомогою одного ланцюжка з резика та кондера можна отримати зсув фаз не більше ніж на 90 º. Реально ж зсув виходить близьким до 60 º. Тому для отримання зсуву фази на 180 º доводиться ставити три ланцюжки. З виходу останнього RC-ланцюга сигнал подається на базу транзистора.

Робота починається у момент включення джерела живлення. При цьому імпульс колекторного струму містить широкий і безперервний спектр частот, в якому обов'язково буде і необхідна частота генерації. При цьому коливання частоти, на яку налаштований фазообертальний ланцюг, стануть незагасаючими. Для коливань інших частот умови самозбудження виконуватися нічого очікувати і вони, відповідно, швидко згасають. Частота коливань визначається за такою формулою:

При цьому має дотримуватися умова:

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

Такі генератори здатні працювати лише на фіксованій частоті.

Крім розглянутого генератора з використанням фазообертального ланцюга є ще цікавий, до речі, найбільш уживаний варіант. Подивимося на рис. 2.

Мал. 2 - Пасивний смуговий RC-фільтр із частотно-незалежним дільником

Так ось, ця сама конструкція є так званим містом Вина-Робінсона, хоча найчастіше зустрічається назва просто міст Вина. Ще деякі грамотеї пишуть міст Вина із двома "н".

Ліва частина ентою конструкції є пасивним смуговим RC-фільтром, в точці А знімається вихідна напруга. Права частина є не що інше, як частотно-незалежний дільник. Вважають, що R1=R2=R, C1=C2=C. Тоді резонансна частота визначатиметься таким виразом:

При цьому модуль коефіцієнта посилення максимальний і дорівнює 1/3 а фазовий зсув нульовий. Якщо коефіцієнт передачі дільника дорівнює коефіцієнту передачі смугового фільтра, то на резонансній частоті напруга між точками А і В дорівнює нулю, а ФЧХ на резонансній частоті робить стрибок від -90º до +90º. Взагалі ж має виконуватися умова:

Звичайно, все як звичайно розглядається в ідеальному або наближеному до ідеального випадку. Ну а реально справа, як завжди, трохи гірша. Оскільки кожен реальний елемент мосту Вина має деякий розкид параметрів, навіть незначне недотримання умови R3=2R4 призведе або наростання амплітуди коливань аж до насичення підсилювача, або загасання коливань або повної їх неможливості.

Для того, щоб було зрозуміло, втулимо в міст Вина підсилювальний каскад. Для простоти встромимо операційний підсилювач (ОУ).

Мал. 3 - Найпростіший генератор з мостом Вина

Загалом саме так використовувати цю схему не вийде, оскільки в будь-якому випадку буде розкид параметрів моста. Тому замість резика R4 вводять якийсь нелінійний або керований опір. Наприклад, нелінійний резик, керований опір з допомогою транзисторів, як польових, і біполярних, та інша хрень. Дуже часто резик R4 у мосту замінюють мікропотужною лампою розжарювання, динамічний опір якої зі зростанням амплітуди струму збільшується. Нитка розжарювання має досить велику теплову інерцію, і на частотах кілька сотень герц вже практично не впливає на роботу схеми в межах одного періоду.

Генератори з мостом Вина мають одну хорошу властивість: якщо резики R1 і R2 замінити змінною, але тільки здвоєною, то можна буде регулювати в деяких межах частоту генерації. Можна і кондер С1 і С2 розбити на секції, тоді можна буде перемикати діапазони, а здвоєним змінним резиком плавно регулювати частоту в діапазонах. Для тих, хто в танку майже практична схема генератора з мостом Вина показана на малюнку 4.

Мал. 4 - RC-генератор з мостом Вина

Отже, міст Вина утворюють кондер С1-С8, здвоєний резик R1 і резики R2R3. Перемикачем SA1 здійснюється вибір діапазону, резиком R1 - плавне регулювання у вибраному діапазоні. ОУ DA2 є повторювачем напруги для узгодження з навантаженням.

RCавтогенератор з узгоджуючим каскадом і фазозсувним ланцюгом

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

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, що відбуваються в 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 та Uвих зсунуті по фазі відносно один одного на кут j.

Рисунок 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

Рисунок 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 зсув 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.