Аналоговые измерительные устройства

9.4.1. Генераторы низкой частоты.

          В низкочастотных генераторах синусоидальных сигналов в качестве ЗГ используются RC-генераторы (в LC- генераторах для генерации низких частот требуется большая индуктивность).

          Если не предъявляется высоких требований к значению коэффициента гармоник, используются генераторы с частотно-задающей положительной и частотно-независимой отрицательной обратной связью. Для малых значений коэффициента гармоник, более оптимальной является схема с частотно-задающей отрицательной и частотно-независимой положительной  обратной связью

         На рис. 9.2 показана схема задающего генератора с частотно-задающей положительной и частотно-независимой отрицательной обратной связью на мосте Вина, который  в основном используется для частот звукового диапазона с верхней границей примерно до 100 кГц. Мост Вина образуется последовательным и параллельным  RC-контурами совместно с резисторами R1, R2 и применяется в цепи обратной связи операционного усилителя. Схема Вина имеет нулевой фазовый сдвиг между входом и выходом, поэтому усилитель также должен обеспечивать нулевой фазовый сдвиг. Этой может быть достигнуто, например, с помощью четного числа каскадов усиления.

          Коэффициент передачи цепи положительной обратной связи b+, образованной резисторами R и конденсаторами С, находится как

                  b+ = Z1/(Z1 + Z2),                           (9.1)

где Z1 = R + 1/(jwC); Z2 = R/(1 +jwRC).

Подставляя Z1, Z2, получим

 b+ =jwRC/(1 - w2 R2 C2 + 3jwRC).                    (9.2)


         

Рис. 9.2.                                         Рис. 9.3.

Чтобы коэффициент обратной связи был вещественным, необходимо сделать знаменатель мнимым, т. е.  w2 R2 C2 = 1. При этом w = 1/CR, а b+ =1/3.

Ослабление, создаваемое цепью Вина, равно 3, поэтому минимальный коэффициент усиления усилителя должен быть равен 3.

          Отрицательная обратная связь  (резисторы R1  и R2) повышает стабильность коэффициента усиления. Амплитуда колебаний определяется произведением усиления k и обратной связи b. Изменяя R2 можно изменить  амплитуду колебаний. Включение   в цепь отрицательной обратной связи термосопротивления (R1) ограничивает амплитуду колебаний. При увеличении напряжения на выходе усилителя возрастает ток, протекающий по резистору R1, и увеличивается глубина обратной связи, что приводит к снижению выходного напряжения. Таким образом, устанавливается заданная амплитуда колебаний.

          Для получения неискаженной формы кривой выходного сигнала усилитель должен работать в линейном режиме.

          RC-генератор с  фазосдвигающей  цепью  обратной связи показан на  рис. 9.3. Данная схема способна работать  в широком интервале частот от нескольких герц, до десятков килогерц. Транзистор дает сдвиг фаз на 1800, поэтому трехкаскадная RC-цепь должна также обеспечивать сдвиг на 1800. Каждый каскад   дает сдвиг на  600,  и в этом случае частота колебаний определяется выражением

                                                          .                        (9.3)

Ослабление цепи обратной связи равно 29, поэтому коэффициент усиления усилителя не менее 29.  На практике емкость (С) изменяется для плавной перестройки частоты, а резистор (R) –для выбора диапазона.

Для повышения стабильности амплитуды выходного напряжения в генераторах применяются различные, сложные замкнутые системы автоматической стабилизации. (например, двухконтурные системы стабилизации амплитуды, состоящие из точного контура и контура динамической коррекции как в генераторе Г-113).

Генераторы инфранизких частот по схемам RC- или LC-генераторов не выполняются. На инфранизких частотах требуются большие номиналы резисторов, конденсаторов и индуктивностей. На рис. 9.4 приведена одна из возможных структурных схем инфранизкочастотного генератора.

  1, 3 – делители напряжения с коэффициентом деления a1 и a2;

       2, 4 – интеграторы с коэффициентом передачи 1/wt1 и 1/wt2; 5 – инвертор

                                                        Рис. 9.4.

          Выходной сигнал данной схемы является решением дифференциального уравнения

                                                                      (9.4)

          Решая данное уравнение, получаем

                                                               (9.5)

          т.е. синусоидальный сигнал с частотой 

                                                                                     (9.6)

          Плавное изменение частоты осуществляется изменением коэффициентов деления a1 и a2, а ступенчатое – изменением значений резисторов и конденсаторов , определяющих постоянные времени интеграторов.

          Схема генератора позволяет установить желаемую начальную фазу колебаний, что существенно на инфранизких частотах. Для установки начальной фазы заряжают времязадающие конденсаторы в интеграторах до определенного напряжения.

          Практические схемы генераторов имеют дополнительную цепь положительной обратной связи для обеспечения незатухающих устойчивых колебаний и узел нелинейной функции, обеспечивающий стабильность амплитуды выходного сигнала генератора.


© Copyright 2008, SLAiPS. All Rights Reserved. | Design by Design by analogiu.ru