Принцип роботи фазозсувного ланцюга.Комунікації та зв’язок
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
UC=IXC=
(де ω-частота напруги U1) та на резисторі UR=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 UR - нулю. Вектор напруги U1 дорівнює геометричній сумі векторів UC і UR 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 і вхідною напругою на кут 180 0 при R1=R2=R3=R і C1=C2=C3=C забезпечується на частотах: f01? (у схемі на рис. № 8в) і f02? (у схемі на рис № 8г), де R виражено в омах, C-у фарадах, а f0-в герцах. Значення f01 та f02 одночасно частоту автоколивань.
Для забезпечення балансу амплітуд коефіцієнт посилення підсилювача Кус не повинен бути меншим за коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку К.с.=. Розрахунки показують, що з наведених схемК.с=. Таким чином, автоколивання в RC-генераторах, що містять триланкові фазозсувні ланцюги з однаковими ланками, можливе лише при виконанні умов
4.5 RC-автогенератори з узгоджуючим каскадом
Схема такого генератора представлена рис. 9.
рис.№9. Принципова схема RC-автогенератора з узгоджуючим каскадом і триланковим фазозсувним ланцюгом
Підсилювач зібраний на транзисторі VT1. Навантаженням підсилювача є резистор R3. Ланцюг складається з елементів C4-C6, R4-R6. Резистори R4-R6 включені по змінному струму паралельно навантаженню підсилювача-резистору R3 і шунтує її, що призводить до зменшення посилення каскаду. Для зменшення шунтуючої дії рекомендується вибирати опір резистора RC-ланок фазозсувного ланцюга значно більше R3.
З точки зору забезпечення балансу фаз даний автогенератор можна було б виконати лише на одному транзисторі VT1. Однак у цьому випадку невеликий вхідний опір транзистора шунтуватиме ланцюг зворотного зв'язку і різко зменшуватиме його коефіцієнт передачі. Тому доцільно розділити вихід фазозсувного ланцюга і вхід підсилювача за допомогою спеціального каскаду, що узгоджує, на транзисторі VT2, званим емітерним повторювачем. Навантаженням цього каскаду служить резистор R9, включений у ланцюг емітера транзистора VT2. Емітерний повторювач має великий вхідний опір і тому мало шунтує фазозсувний ланцюг.
Автогенератори з фазозсувними ланцюгами зазвичай застосовують для генерування синусоїдальних коливань фіксованої частоти, що пов'язано з труднощами перебудови частоти в широкому діапазоні.
4.6 RC-автогенератор з мостом Вина
Якщо підсилювач змінює фазу вхідного сигналу на 2π (наприклад, підсилювач маєпарне число каскадів), введення в нього позитивного зворотного зв'язку забезпечує можливість генерування коливань без включення спеціального фазозсувного ланцюга. Для виділення коливань необхідної частоти, що містяться у вихідній напрузі такого генератора, ланцюги зворотного зв'язку включають чотириполюсник, що має частотно-виборчі властивості. Принципова схема такого чотириполюсника, що є однією з гілок мосту Вина, зображена на рис. №10.
Рис.10. Принципова схема частотно-виборчого чотириполюсника
Для генерування автоколивань необхідно, щоб такий чотириполюсник не вносив зсуву між напругами U1 та U2, що можливо, якщо відношення
=
-позитивне речове число. В останньому рівнянні опір Z1 утворено послідовним з'єднанням елементів R1 і C1, а опір Z2 - паралельним з'єднанням R2 і C2. Так як
.
Звідси видно, якщо ψ2=ψ1, відношення виражається речовим числом, отже зрушення фаз між напругами U1 і U2 дорівнює нулю. Частота, на якій ψ1 = ψ2, визначається співвідношенням
Принципова схема автогенератора із мостом Вина зображена на рис. №11.
Рис. №11 Принципова схема RC-автогенератора з мостом Вина.
Автогенератор містить два транзистори VT1 і VT2, на яких зібрано двокаскадний резисторний підсилювач. Навантаженням першого каскаду є резистор R4, а другого R9. Вихідна напруга підсилювача надходить на його вхід через ланцюг C2R1C1R3, що є однією з гілок мосту Вина. Друга гілка, утворена резисторами R6, R5, з'єднана з виходом підсилювача через конденсатор C5 великої ємності, завдяки чому ланцюг R6R5 не створює помітного зсуву фаз.
При цьому мінімальний коефіцієнтпосилення, необхідний виконання балансу амплітуд, Кус=3. Остання вимога виконується досить легко, тому що реальний двокаскадний підсилювач має коефіцієнт посилення напруги, що набагато перевищує значення Кус = 3. Тому доцільно поряд з позитивним зворотний зв'язок, який, знижуючи коефіцієнт посилення, суттєво зменшує нелінійні спотворення генерованих коливань. Негативний зворотний зв'язок у схемі, що розглядається, здійснюється за допомогою елементів R5, R10 і ланцюга C5R6. Частота автоколивань змінюється одночасно регулюванням ємності конденсаторів C1, C2 або опору резисторів R1, R3. В обох випадках діапазон регулювання виходить значно більше того, який може бути досягнутий в LC-генераторах.
4.7 Принцип отримання релаксаційних автоколивань
Якщо умови самозбудження в RC-автогенераторі виконуються на одній частоті, а в широкому діапазоні частот, вихідна напруга генератора буде послідовністю імпульсів, що характеризуються швидким наростанням і різким спадом. Такі генератори називають імпульсними. Ці генератори не містять коливальних систем, тому стабільність коливань у них значно гірша, ніж у синусоїдальних автогенераторах.
1. Шинаков Ю.С., Колодяжний Ю.М. Теорія передачі сигналів електрозв'язку: Підручник для технікумів. -М.: Радіо та зв'язок.1989.-288 с.: Іл.
2. Вайсбург Ф.І., Панаєв Г.А., Савельєв Б.М. Електронні підсилювачі та прилади. Підручник для технікумів -М.: Радіо і зв'язок.1987.-472 с.: Іл.
3. Добротвірський І.М. Теорія електричних кіл: Підручник для технікумів. -М.: Радіо та зв'язок.1989.-472 с.: Іл.
4. Гусєв І.Г., Гусєв В.М. Електроніка: Навчальний посібник. - М.: Вищ.шк., 1991. - 662 с.