, по которой колебания с выхода усилителя поступают на его вход.Исследование RC-генератора с фазосдвигающей цепью
В радиоэлектронике, вычислительной технике, системах автоматического управления используют генераторы сигналов – устройства, которые служат для получения периодических незатухающих колебаний заданной формы.
Главная особенность колебаний, наблюдаемых в генераторе, состоит в том, что они обусловлены не внешними воздействиями, а свойствами устройства. Такие колебания, возникающие самостоятельно, в отсутствие внешних воздействий, называют автоколебаниями.
Структурная схема генератора сигналов показана на рис. 6.2.1. Она состоит из двух частей – усилителя (активного элемента) и частотно-селективной цепи положительной обратной связи с передаточной функцией , по которой колебания с выхода усилителя поступают на его вход.
Рис. 6.2.1
Причиной возникновения колебаний служат флуктуации – слабые колебания, происходящие случайным образом. Колебания, возникающие на входе активного элемента, усиливаются и через цепь обратной связи вновь поступают на вход. Если обратная связь положительна, сигналы на входе складываются, и выходной сигнал лавинообразно растет. Такой процесс называют самовозбуждением генератора.
Самовозбуждение имеет место, если коэффициент передачи в замкнутой петле обратной связи больше единицы:
. (6.2.1)
Нарастание колебаний происходит до тех пор, пока активный элемент не перейдет в нелинейный режим. При этом коэффициент усиления уменьшается до значения, при котором коэффициент передачи в замкнутой петле обратной связи становится равным единице:
. (6.2.2)
При выполнении такого условия в генераторе устанавливается стационарный режим. В этом режиме колебания имеют постоянную амплитуду и частоту.
Представим коэффициент передачи цепи обратной связи в комплексной форме:
.
Тогда условие (6.2.2) можно записать в виде
; (6.2.3)
(6.2.4)
Равенство (6.2.3) называют условием баланса амплитуд, а равенство (6.2.4) – условием баланса фаз. Одновременное выполнение условий (6.2.3) и (6.2.4) соответствует установившемуся режиму работы генератора.
Для получения гармонических колебаний низкой частоты (менее 10 кГц) используют RC-генераторы. В качестве цепей обратной связи применяют многозвенные RC-цепи, мост Вина – Робинсона, двойные Т-образные мосты. Наибольшее распространение получили генераторы с мостом Вина – Робинсона, а также генераторы с фазосдвигающей RC-цепью.
RC-генератор с фазосдвигающей цепью показан на рис. 6.2.2. Операционный усилитель и резистор R1 реализуют преобразователь ток-напряжение (ИНУТ), передаточное сопротивление которого равно R0. В качестве цепи обратной связи используется трехзвенная фазосдвигающая
RC-цепь. Сопротивления резисторов и емкости конденсаторов выбраны одинаковыми. Трехзвенная цепь выбрана потому, что это RC-цепь минимального порядка, обеспечивающая требуемый фазовый сдвиг.
Передаточная проводимость цепи обратной связи
.
На частоте 
передаточная проводимость принимает вещественное значение, равное 
. Условие баланса амплитуд на частоте 
выполняется, если 
.
Рис. 6.2.2
Пример 6.2.1. Рассчитать частоту колебаний генератора с фазосдвигающей цепью (рис. 6.2.2), если 
, 
. Каким должно быть сопротивление резистора 
в установившемся режиме?
Решение. Периодические колебания в схеме на рис. 6.2.2 возникают на частоте 
. Сопротивление резистора 
должно быть равно 120 кОм.
При сборке схемы генератора использовать модели операционных усилителей LM324 или uA741 из библиотеки EVAL.slb. Примеры схем можно найти в файлах W6_2_1, W6_2_2 в папке Electronics\Labs.