Генератори синусоїдальних коливань на ОУ, HomeElectronics
Для формування синусоїдального сигналу застосовуються різні схеми генераторів і формувачів, розгляд яких у цій статті неможливо.
Як відбувається формування синусоїдальних коливань?
Будь-який генератор (не тільки синусоїдальних коливань) є замкнутим ланцюгом, що складається з підсилювача і селективного ланцюга (частотно-виборчий ланцюг). Причому селективний ланцюг включений у ланцюг ПІС (позитивний зворотний зв'язок) підсилювача, де можуть бути включені додаткові підсилювачі.
Припустимо, на вхід селективного ланцюга надходить сигнал, що складається з великої кількості синусоїдальних коливань (гармонію). Проходячи через селективний ланцюг, коливання послаблюються (відбувається зменшення амплітуди) по-різному, і навіть відбувається зміна фази даних коливань. В результаті на вхід підсилювача з виходу селективного ланцюга надходять синусоїдальні сигнали з різними рівнями амплітуди та фазовими зсувами, де відбувається їх посилення для компенсації ослаблення селективним ланцюгом.
Оскільки селективна ланцюг пропускає без зміни фази лише гармоніку певної частоти, то після підсилювача на вхід селективної ланцюга надійде та сама гармоніка з такою самою амплітудою і фазою, яку пропускає селективна ланцюг, інші гармоніки будуть зі зміненими амплітудами і фазами сигналу. В результаті складання вихідного сигналу і сигналу підсилювача, що надходить з виходу тільки у гармоніки, на частоту якої налаштований частотно-виборчий ланцюг, буде відбуватися значне збільшення амплітуди.
З усього вище сказаного можна зробити висновок, що петльове посилення схеми має бути не меншеодиниці (в ідеальному випадку одно 1), а повний фазовий зсув схеми дорівнюєнулю.
Схем генераторів синусоїдальних або як їх ще називають гармонійних коливань, існує велика кількість, розглянути які в одній статті неможливо. Тому обмежимося лише деякими з них, які побудовані на ОУ та RC-ланцюжках.
Генератор синусоїдальних коливань на основі мосту Вина
Генератор синусоїдальних коливань на основі моста Вина або просто генератор Вина є одним із найпоширеніших RC-генераторів синусоїдальних коливань. Схема даного генератора показана на малюнку нижче
Генератор Вина складається з ОУ DA1, який охоплений ООС (негативний зворотний зв'язок) за допомогою резисторів R1 і R2, а також ПОС (позитивний зворотний зв'язок) за допомогою частотно-виборчого кола R3C1R4C2.
Частотно-виборчий ланцюг R3C1R4C2 називається мостом Вина, від назви якого і отримав назву генератор даного типу. Даний міст складається з послідовно включених диференціюючого ланцюга R4C2 та інтегруючого ланцюга R3C1. Як відомо, для генерування сигналу міст Вина повинен забезпечити нульовий фазовий зсув сигналу. Це забезпечується рівністю постійного часу інтегруючого ланцюга R3C1 та диференціюючого ланцюга R4C2
Тоді частота, при якій зсув фаз дорівнює нулю, визначається наступним виразом
За даної умови коефіцієнт передачі ланцюга ПОС дорівнюватиме 1/3. Тому для того, щоб компенсувати дану умову коефіцієнт передачі ланцюга ООС повинен дорівнювати 3, тобто
Генератор із мостом Вина забезпечує вихідний синусоїдальний сигнал із невеликими спотвореннями – близько 0,05 %. Однак у даного типу генератора існує серйозна проблема в тому, що для отримання якісногосинусоїдального сигналу необхідно забезпечити точні співвідношення резисторів у ланцюзі ООС R1 і R2, тобто забезпечити коефіцієнт передачі ланцюга рівний трьом (β = 1/3). Так якщо β 1/3 навіть якщо виникнуть коливання їх амплітуда буде поступово зменшуватися і з часом стане рівною нулю. Тому для стабілізації роботи генератора Вина застосовують різні автоматичні системи стабілізації амплітуди.
Покращення параметрів генератора Вина
Як зазначалося вище, оптимальне значення коефіцієнта передачі ООС (β = 1/3) забезпечити практично неможливо, тому застосовують системи автоматичної стабілізації амплітуди. Дана система працює так, щоб впливати на коефіцієнт передачі схеми і при заданій частоті стабілізувати коливання при невеликих спотвореннях.
В основі систем стабілізації амплітуди лежать властивість нелінійних елементів під дією напруги змінювати свій внутрішній опір. Одна з найпростіших схем стабілізації містить два напівпровідникові діоди включених у ланцюг ООС
У цій схемі послідовно з резистором зворотного зв'язку R2 включені два діоди VD1VD2 за зустрічно-паралельною схемою, чим забезпечується стабілізація амплітуди позитивної та негативної напівхвиль синусоїдального сигналу.
Як відомо p-n-перехід діода має динамічний опір, що має зворотну залежність від струму, що протікає через діод.
де 26 (мВ) – температурний потенціал p-n-переходу,
IД (А) – миттєве значення струму, що протікає через діод.
Таким чином, коефіцієнт передачі ланцюга ООС визначатиметься наступним виразом
При зростанні амплітуди вихідної напруги струм, що протікаєчерез діод, збільшується, як наслідок зменшується динамічний опір діода, і зростає коефіцієнт передачі ланцюга ООС, тим самим зменшуючи амплітуду вихідної напруги.
При реалізації даної схеми величину резистора R2 слід брати дещо меншою, ніж у схемі без стабілізації амплітуди, щоб β