Генератор синусоидальных колебаний
Лекция № 12.
Генератор синусоидальных колебаний – это устройство, которое преобразует электрическую энергию постоянного тока в энергию колебаний синусоидальной формы. При построении используется положительная обратная связь.
Структурная схема генератора:
 |
Усилитель, охваченный положительной обратной связью, имеет комплексный коэффициент передачи.
kос = 
;
Рекомендуемые материалы
При 
j >= 1 происходит самовозбуждение схемы, она начинает генерировать колебания.
Условие баланса амплитуд: 
>= 1.
Условие баланса фаз: φ + ψ = 2πn, n = 0, 1, 2…
φ – сдвиг по фазе усилителя;
ψ - сдвиг по фазе звена обратной связи.
Сигнал обратной связи должен приходить в фазе.
 |
Амплитуда колебаний при возбуждении будет расти до тех пор, пока из-за нелинейности амплитудной характеристики, коэффициент усиления не уменьшится и выполнится точный баланс амплитуд.
Схемы генераторов могут быть построены на LC-цепях с резонансным контуром в нагрузке. Кроме того, есть RC-генераторы, работающие на низких частотах (до 100 кГц; для LC – более 100 кГц, до десятков МГц).
Отличительной особенностью LC-генераторов является острая резонансная кривая, которая дает сигналы хорошей формы.
Наиболее часто в качестве генераторов применяются схемы на операционных усилителях с мостом Вина в цепи положительной обратной связи.
Схема генератора синусоидальных колебаний с мостом Вина:
 |
 |
Частотная характеристика звена:
W(jω) = 1/3 + j(ωRC - 
)
ψ = arctg 
φ = 0 при ω = ωг; Im = 0
ωRC - = 0
fг = 
; 
= 1/3
Для выполнения баланса амплитуд:
1 + 
>= 3 ; >= 2
Стабилизация амплитуды.
Установившиеся автоколебания в замкнутой цепи возможны только при условии точного равенства единице коэффициента петлевого усиления:
= 1.
После возникновения автоколебаний их амплитуда стабилизируется в конечном счете на таком уровне, на котором за счет нелинейного элемента в цепи уменьшается до 1.
Если не принимать специальных мер, то форма генерируемых колебаний отличается от синусоиды. Поэтому нужно принимать меры по стабилизации амплитуды. Ее можно осуществить за счет дополнительной отрицательной обратной связи.
 |
kU = 
Генератор синусоидальных сигналов строят также на логических элементах. Принцип работы одинаков.
 |
Стабилизация частоты.
Стабильность частоты колебаний очень сильно зависит от стабильности сопротивлений и емкостей элементов в цепи обратной связи.
= 
ТКR и ТКC – температурные коэффициенты сопротивления и емкости.
 |
Стабилизаторы напряжений.
Качество работы электрической схемы в значительной степени зависит от качества ее источников питания. Так, например, медленные колебания и пульсации напряжений питания приводят к появлению ложных сигналов на выходе УПТ, они изменяют величину и режим малосигнальных параметров транзистора.
Внутреннее сопротивление источников питания создает паразитные обратные связи, которые могут привести к значительным изменениям их параметров, а даже самовозбуждению усилителя.
Требуемая точность стабилизации иногда может оказаться очень высокой.
Устройства электроники питаются от сети переменного тока через выпрямители, поэтому основными источниками нестабильности питающего напряжения являются:
- колебания напряжения и частоты сети;
- пульсации переменного напряжения;
- изменение сопротивления нагрузки;
- изменение температуры.
В схемах источников питания нужны стабилизаторы напряжения.
Структурная схема стабилизатора напряжения.
 |
Основные параметры стабилизаторов:
1)коэффициент стабилизации – характеризует процентное изменение входного питающего напряжения к выходному
kст = 
Rн = const;
В лекции "Роджер Бэкон" также много полезной информации.
2)выходное сопротивление (не должно быть выше определенного значения)
Rвых = 
Uвх = const;
3)КПД (в мощных стабилизаторах имеет важное значение).
η = 
;
- мощность, выделяемая на нагрузке;
- мощность, выделяемая в сети.
