М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 62
Текст из файла (страница 62)
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 = 1100+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 Я,, 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 Яи 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 амплитуды колебаний после изменения частоты. В промышленных генераторах перестройка частоты выходного сигнала достигается, как правило, применением в качестве резисторов Я, и Я, сдвоенного потенциометра и переключением пар конденсаторов для разных диапазонов частот.
348 Схемы с положительной обратной связью и генераторы 12.2 3 Генератор квадратурного сигнала На рис. 12.5 приведена интересная схема генератора синусоидальных сигналов с малыми искажениями (< 0,1%), которая обеспечивает на выходе два одинаковых сигнала, сдвинутых по фазе на 90' один относительно другого. Он используется в биквадратном фильтре 1аналоговом компьютере), изображенном на рис. 11.55, который имитирует резонансную систему, Основу схемы составляют два интегратора, соединенные обратной связью через инвертор с единичным усилением. При верхнем положении скользяшего контакта потенциометров Ям и Ям колебания будут иметь место на частоте„ при которой каждый интегратор имеет единичный коэффициент усиления, то есть на частоте, где 1/азу = 1(в этой схеме Яз = йз = Я и С, = С, = С).
Потенпиометры Я, и Ям объединены вместе и перекрывают диапазон частот, в пределах которого частота может меняться как 11: 1. Идеальным здесь является сдвоенный потенциометр с линейным перемешением подвижного Выкал СЗ) Ф з -90 рази Выкал Я Фззла' равм Рис. 12.5. Генерапзр синусоидальных сигналов с двумя квалратурными выход- ными сигналами одинаковой амплитуды. Генераторы синусоидальных колебаний 349 контакта (движковый потенциометр), поскольку согласование двух секций в нем намного более точно, чем в обычных сдвоенных потенциометрах с перемещением подвижного контакта по окружности путем вращения. Для изменения частоты на декаду можно переключать пары конденсаторов.
Чтобы обеспечить быстрый запуск генератора при включении схемы, применяется резистор й, с сопротивлением 4,7 МОм, создающий небольшое «отрицательное демпфирование». Ограничение амплитуды обеспечивается стабилитронами Р, и Р, и делителем Я, — й», которые вносят положительное демпфирование, когда амплитуда выходного сигнала становится больше величены порядка 4 В.
Оба выхода (1) и (2) дают очень устойчивый сигнал с удвоенной амплитудой 8 В. Из-за наличия интегратора между двумя выходами разность фаз между сигналами на этих выходах получается равной 90'. Если выбрать соответствующие емкости С, и С,, то схема будет хорошо работать на частотах вплоть до О,! Гц. Когда выходы генератора соединены со входами осциллографа Х и У, на экране наблюдается фигура Лиссажу в виде точной окружности; это особенно эффектно проявляется на низких частотах, когда на экране хорошо видно пятно, медленно описывающее окружность, На основе этой схемы можно смоделировать экран радиолокатора. !22.4 Генератор с ЕС-контуром Резонансный ЕС-контур является, вероятно, основной частотно-избирательной цепью. Он широко применяется на частотах выше 50 кГц, но становится довольно громоздким на нижних частотах звукового диапазона, где необходимы большие индуктивности.
На рис. 12.6 показана схема простого ЕС- генератора, которым можно воспользоваться в качестве основы для экспериментов. В нем применен усилитель на полевом транзисторе с трансформатором, обеспечивающим положительную обратную связь. Первичная обмотка трансформатора в цепи стока вместе с конденсатором С, образуют колебательный контур, параметры которого можно изменять в широких пределах.
В этой схеме будет работать почти любой трансформатор звуковых частот, такой как согласующий трансформатор или выходной трансформатор; вторичная обмотка подключена к высокоомному затвору полевого транзистора, так что шунтирование параллельного колебательного контура, образованного первичной обмоткой трансформатора и конденсатором С„мало. Если схема не генерирует, попытайтесь поменять местами выводы вторичной обмотки трансформатора, чтобы обеспечить положительную обратную связь.
В ЕС-генераторе сигнал обратной связи не обязательно подавать на затвор (или на базу в случае биполярного транзистора). С тем же успехом его можно подать в цепь истока или эмиттера так, чтобы каскад работал по схеме с общим затвором или с обшей базой. Такой вариант может применяться в преобразователях частоты обычных супергетеродинных приемников, где на базу транзистора подается принимаемый сигнал для «смешивания* с выходным сигналом генератора.
350 Схелт с положительной обратной связью и генераторы гаа 1В В Рис. 12.6. Схема простого ЕС-генератора иа полевом транзисторе 12.3 Кварцевые генераторы Стабильность частоты генератора определяется, главным образом, добротностью резонансной цепи й, независимо от того является она ЕС-контуром или это ЯС- цепь, как в мосте Вина Чем больше добротность 1г, тем быстрее изменяются с частотой ослабление и фаза, так что резонансная цепь препятствует изменению частоты, пока компоненты этой цепи остаотся неизменными по величине. Наибольшая практическая величина 1г для ЕС-контуров составляет несколько сотен, что подходит для большинства целей, но не годится для стандартов частоты. Когда требуется очень стабильная частота колебаний, применяется кристаллический резонатор.
Некоторые кристаллы, особенно кварц и некоторые керамики, такие как свинцово-циркониевый титанат (РХТ), обладают пьезоэлектрическими свойствами, то есть они механически деформируются под воздействием электрического поля. Справедливо также и обратное: когда кристалл испытывает механическое напряжение, между его противоположными гранями возникает разность потенциалов. В результате пьезоэлектрического эффекта, тонкая пластинка кварца или керамики с проводяшими электродами, напыленными на ее поверхность, совершает механические колебания, когда к электродам подведено переменное напряжение.
Эти колебания, в свою очередь, создают электрические сигналы, которые выглядят как «противо-э.д.ель определяюшая эффективный электрический импеданс кристалла. Амплитуда колебаний максимальна на резонансной частоте кристалла. Внутренние потери в кристалле очень малы и величина добротности Ц может быть очень большой, достигая 100 000. Диапазон резо- Кварцевые генераторы 351 Кырн 4-4ОМГн мхов тснсрвтсрв ов !4 8 В с ннвсрторн в нххыятся в одно ИС 74Ь804 б„оа оы юя вссх ннвсрторов 7 Рис.
12.7. Стабилизированный кварцем генератор периодических колебаний ддя цифровых схем. В качестве усилителей испольтутотся тгл-инверторы. нансных частот простирается от 1О кГц до многих мегагерц н зависит эта частота от размеров и формы кристалла. Детальное изучение поведения кристалла показывает, что его характеристики являются комбинацией характеристик последовательного и параллельного колебательных контуров.
На большей части частотного диапазона импеданс кристалла имеет емкостной характер, за исключением частот вблизи резонанса, где он падает до нуля на частоте «последовательного» резонанса, а затем взлетает до бесконечности на частоте «параллельного» резонанса. Частота параллельного резонанса всегда несколько выше частоты последовательного резонанса, но дпя большинства целей их можно считать одинаковыми. Из-за своего двойственного поведения при резонансе, кристалл может по разному испольюваться в петле обратной связи генератора. Одна полезная схема, генерируюшая прямоугольный выходной сигнал, пригодный дпя логических схем и микропроцессоров, показана на рис.
12.7. Здесь в качестве усилителей исполюуются инверторы цифровой ИС 741.804 (аналог 555ЛН1 — )Урии. перев.). Кристаллические и керамические элементы используются не только в генераторах, но также широко применяются в паласовых фильтрах в качестве резонансных элементов. Особенно часто они встречаются в усилителях промежуточной частоты высокочастотных радиоустройств, где дпя получения хороших характеристик ширина полосы должна быть выдержана с высокой точностью. 12.4 Триггер (биствбильиый мульгивибрвтор) Рассмотрим схему на двух транзисторах, представленную на рис. 12.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
