Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
Вина содержит цепи Л, С, и /^Cj, через которые на вход усилителя проходит
сигнал положительной обратной связи, в то время как сигнал отрицательной
обратной связи подан через резистор R} и лампу накаливания.
Генераторы синусоидальных колебаний 345
Сначала полезно посмотреть на выделенную часть моста Вина, показанную на
рис. 12.4(a), где она наглядно изображена в виде делителя напряже-
Рис. 12.3. Генератор с мостом Вина на основе ОУ.
(Ь)
1
I
Рис. 12.4. Частотно-зависимое плечо моста Вина: (а) соответствующие
компоненты, взятые отдельно от схемы генератора, (Ь) эквивалентная схема
делителя напряжения.
ния. Пользуясь эквивалентной схемой этого делителя (рис. 12.4(A)), можно
написать выражение для коэффициента ослабления:
V/ _ Zx + Z2 _ ^ | Zx VQ Z2 Z2
Теперь, возвращаясь к действительной схеме,
346 Схемы с положительной обратной связью и генераторы
Z, = R, + j-^- (R и С, соединены последовательно) соС
и
1 1
то есть,
Z
+ jcoC2 (Rj и С2 соединены параллельно), Z2 R2
1 + jcoC2R2
поэтому
Vi u[Rx+{\ljcoCx)l\ + jwC2R2) V0 R2
Преобразуя, получаем
V, , Rx C2 . = 1 н-- н-- + j
coRxC2
coR2Cx j
(12.4)
V0 R2 Cx
Выражение (12.4) упрощается при условии Л, = R2 = R и = С2 = С , которое,
как правило, выполняется:
- = 3+ IcoRC VQ Ч o)RC
Мнимая часть исчезает на резонансной частоте а>0, когда
1
coqRC = то есть при
co0RC
1
со0 =-
RC или
/о
2кЯС
В схеме на рис. 12.3 RC = 1,5x10^ секунд и /0"ЮОО Гц.
На резонансной частоте моста Винау^ сдвиг фазы равен нулю, поскольку
равна нулю мнимая часть, и остается ослабление
21 = з.
Го
Следовательно, для того, чтобы в генераторе с мостом Вина установились
колебания, усилитель должен иметь коэффициент усиления больше 3. В
разделе 12.2.1 мы видели, что генератор с фазовращателем дает несколько
искаженную форму сигнала, поскольку единственным фактором, ограничивающим
амплитуду выходного сигнала, является нелинейность самого усилителя. В
схеме с мостом Вина этот вопрос решается легко: относительно низкий
требуемый коэффициент усиления означает, что можно применить сильную
Генераторы синусоидальных колебаний 347
отрицательную обратную связь и средство стабилизации амплитуды
непосредственно ввести в петлю обратной связи. В схеме на рис. 12.3
делитель цепи обратной связи содержит резистор Л, с сопротивлением 100 Ом
и 6-вольто-вую лампу накаливания с током 0,04 А. Хорошо известно, что при
нагревании нити лампы ее сопротивление изменяется чрезвычайно сильно. В
нашей схеме, по мере увеличения выходного напряжения, нить лампы
нагревается, а поскольку это так, то увеличивается отрицательная обратная
связь из-за увеличения сопротивления нити лампы. Когда сопротивление
лампы становится равным 50 Ом, коэффициент усиления принимает значение А
= (l00 + 50)/50 = 3 и выполняется следующее из теории условие
установления колебаний. С указанной лампой это состояние достигается при
напряжении на выходе генератора, имеющем полный размах примерно 4 В.
Любая тенденция дальнейшего увеличения выходного напряжения
предотвращается лампой, сопротивление которой стало бы возрастать, в
результате чего коэффициент усиления усилителя уменьшился бы. Меняя
величину сопротивления , регулируют выходное напряжение, но амплитуда
колебаний на выходе ОУ 741 ограничена тем фактом, что сопротивление цепи
обратной связи значительно меньше рекомендуемой минимальной величины
нагрузки на выходе ОУ. Тем не менее, схема дает очень неплохие
результаты.
Кроме лампы в качестве стабилизирующего элемента используют термистор с
отрицательным температурным коэффициентом, сопротивление которого
уменьшается при повышении температуры. Термистор ставится на место
резистора Rv а лампа заменяется резистором, сопротивление которого
выбирается в соответствии с сопротивлением термистора при требуемой
амплитуде выходного напряжения генератора. Сопротивление термистора можно
определить из справочных данных. У имеющихся термисторов сопротивления
относительно велики, и этим обеспечивается большая гибкость при
проектировании, чем в случае с лампой. Применение термисторов является
наиболее распространенным методом стабилизации амплитуды.
Третьим методом стабилизации амплитуды, который также широко
используется, является применение полевого транзистора, работающего как
управляемый напряжением резистор. В этом случае выходное напряжение
генератора должно быть выпрямлено и отфильтровано перед подачей на затвор
полевого транзистора. Этот метод более сложный, чем вариант с
использованием простого термистора, но он позволяет управлять постоянной
времени стабилизации. Постоянная времени может иметь решающее значение,
если требуется минимальное "дрожание" амплитуды одновременно с малыми
искажениями. Слишком малая постоянная времени приведет к тому, что
регулятор попытается на низких частотах сгладить сигнал в каждом периоде,
вызывая искажения, тогда как при слишком большой постоянной времени
испытывается терпение пользователя, когда он ожидает установления
