Пристрій RC-генератора, принцип роботи
У статті LC генератор ми розглянули одну з різновидів генераторів із застосуванням коливального контуру. Такі генератори застосовуються в основному лише на високих частотах, а ось частка генерації більш низьких частот застосування LC генератора може бути складним. Чому? Давайте згадаємо формулу: частота KC-генератора розраховується за формулою
Тобто: для того щоб зменшити частоту генерації необхідно збільшити ємність задає конденсатора і індуктивність дроселя і то, звичайно, спричинить збільшення розмірів.
Тому для генерації відносно низьких частот застосовуються RC-генератори
принцип роботи яких ми і розглянемо.
Схема найпростішого RC-генератора (її ще називають схема з трифазної фазує ланцюжком), показана на малюнку:
За схемою видно, що це всього-на-всього підсилювач. Причому він охоплений позитивним зворотним зв'язком (ПОС): вхід його з'єднаний з виходом і тому він постійно знаходиться в самозбудженні. А частотою RC-генератора управляє так звана, фазовращающая ланцюжок, яка складається з елементів С1R1, C2R2, C3R3.
За допомогою одного ланцюжка з резистора і конденсатора можна отримати зрушення фаз не більше ніж на 90º. Реально ж зрушення виходить близьким до 60º. Тому для отримання зсуву фази на 180º доводиться ставити три ланцюжки. З виходу останньої RC-ланцюга сигнал подається на базу транзистора.
Робота починається в момент включення джерела живлення. Виникає при цьому імпульс колекторного струму містить широкий і безперервний спектр частот, в якому обов'язково буде і необхідна частота генерації. При цьому коливання частоти, на яку налаштована фазовращающая ланцюг, стануть незатухающими. Частота коливань визначається за формулою:
При цьому необхідно дотримуватися умова:
Такі генератори здатні працювати тільки на фіксованій частоті.
Крім використання фазовращающей ланцюга є ще один, більш поширений варіант. Генератор так-же побудований на транзисторному підсилювачі, але замість фазовращающей ланцюжка застосований так званий міст вина-Робінсона (Прізвище Вин пишеться з однією "Н" !!). Ось так він виглядає:
Ліва частина схеми- пасивний смуговий RC-фільтр, в точці А знімається вихідна напруга.
Права частина-як частотно-незалежний дільник.
Прийнято вважати, що R1 = R2 = R, C1 = C2 = C. Тоді резонансна частота буде визначатися таким виразом:
При цьому модуль коефіцієнта посилення максимальний і дорівнює 1/3, а фазовий зсув нульової. Якщо коефіцієнт передачі подільника рівний коефіцієнту передачі смугового фільтра, то на резонансній частоті напруга між точками А і В дорівнюватиме нулю, а ФЧХ на резонансній частоті робить стрибок від -90º до + 90º. Взагалі ж має виконуватися умова:
Але тільки ось одна проблема: все це можна розглядати лише для ідеальних умов. Реально-же все не так уже й просто: найменше відхилення від умови R3 = 2R4 призведе або до зриву генерації або до насичення підсилювача. Щоб було зрозуміліше, давайте підключимо міст Вина до операційного підсилювача:
Взагалі ж саме так використовувати цю схему не вийде, оскільки в будь-якому випадку буде розкид параметрів моста. Тому замість резистора R4 вводять якесь нелінійне або кероване опір.
Наприклад нелінійний резистор: кероване опір за допомогою транзисторів. Або можна ще замінити резистор R4 Мікропотужні лампою розжарювання, динамічний опір якої з ростом амплітуди струму збільшується. Нитка розжарювання має досить великою тепловою інерцією, і на частотах кілька сотень герц вже практично не впливає на роботу схеми в межах одного періоду.
Генератори з мостом Вина володіють одним хорошим властивістю: якщо R1 і R2 замінити змінним, (але тільки здвоєним), то можна буде регулювати в деяких межах частоту генерації.
Можна і ємності С1 і С2 розбити на секції, тоді можна буде перемикати діапазони, а здвоєним змінним резистором R1R2 плавно регулювати частоту в діапазонах.
Майже практична схема RC-генератора з мостом Вина на малюнку нижче:
Тут: перемикачем SA1 можна перемикати діапазон, а здвоєним резистором R1 можна регулювати частоту. Підсилювач DA2 служить для узгодження генератора з навантаженням.