Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Применение АС-четырехполюсников вызвано тем, что ЕС-контуры на таких частотах становятся громоздкими, а их добротность, ниже необходимых требований. С помощью автогенераторов АС-типа можно получать колебания и высокой частоты вплоть до 10 МГц. Однако преимущества автогенераторов АС-типа проявляются именно на низких и инфра- низких частотах.
В этом частотном диапазоне за счет применения резисторов и конденсаторов автогенераторы АС-типа обладают более высокой стабильностью, имеют меныпие габариты, массу и стоимость, чем Е,С-автогенераторы. Для создания автогенераторов АС- типа широко используют биполярные и полевые транзисторы и ОУ. В соответствии со структурной схемой автогенератора, изображенной на рис. 4.1, автогенератор АС-типа содержит усилитель на транзисторе или ОУ и звено обратной связи, являющееся частотно-зависимой АС-цепью. Как правило, такими частотно-зависимыми цепями являются Г-образные АС-цепи (рис.4.4,а,б), мост Вина (рис.4.4,в), Н~ 1~и Вход С Выход мход Рис.4.4. Частотно-зависимые цепи: а,б — Г-образные ЯС-цепи; в — мост Вина а) б) Рис.4.5.
Схема автогенератора ЯС-типа с фазосдвигающей Г-образной АС- цепью (а), с Г-образным ЛС-звеном обратной связи, в котором й и С поменяли местами (б) Автогенератор ЛС-типа с Г-образным ЯС-звеном обратной связи пРедставляет собой однокаскадный транзисторный усилитель, охвачен"ый обратной связью (рис. 4.5,а). Как известно, в однокаскадном усилителе без обратной связи входное и выходное напряжения сдвинуты по Фазе на 180'.
Если выходное напряжение этого усилителя подать на его вход, то получится 100%-ная отрицательная обратная связь. Для соблюде- "иЯ баланса фаз, т.е. для введения положительной обратной связи в усил"теле, выходное напряжение, прежде чем подать его на вход усилителя, необходимо сдвинуть по фазе на 180о. Если считать, что входное сопротивление усилителя очень большое, а выходное очень малое, то фазовый ~данг на 180 можно осуществить с помощью трех одинаковых ЛС-звень"я каждое из которых изменяет фазу на 60о.
Расчеты показывают, что аланс фаз в звене происходит на частоте фо =1/(15,4 ЯС), а баланс ам- 183 плитуд — при коэффициенте усиления К>29. Если в рассматриваемом автогенераторе поменять местами резисторы и конденсаторы (рис. 4.5,б) то генерация автоколебаний будет на частоте /' =0,39/АС при коэффи.
циенте усиления К > 11,8. Отметим, что Г-образные АС-цепи иногда выполняют с количест. вом звеньев больше трех (чаще всего четырехзвенные). Увеличени частоты генерации можно добиться при смене мест резисторов и кол. денсаторов в АС-цепи того же генератора. Для изменения частоты генерации в рассматриваемом генераторе необходимо изменять одновременно либо все сопротивления А, либо все емкости С. Заметим, что автогенераторы с Г-образными АС-цепя ми работают обычно на фиксированной частоте или в крайнем слу чае в узком перестраиваемом диапазоне.
Рассмотренный автогенератор АС-типа имеет ряд недостатков: 1) цепь обратной связи сильно шунтирует усилительный каскад, вследст вие чего снижается коэффициент усиления и нарушается условие баланса амплитуд, т.е. возникающие колебания могут быть неустойчивыми; 2) генерируемые колебания имеют значительное искажение формы, вызванное тем, что условия самовозбуждения выполняются для гармоник с частотой, близкой к /0. Это объясняе ся отсутствием строгой избирательности к основной частоте Г-образных АС-цепей. На рис. 4б,а изображена принципиальная схема АС-автогенератора на ОУ с мостом Вина в цепи положительной обратной связи.
Мост Вина состоит из резисторов А~, А~ и конденсаторов С~,Сз. На частоте /0= 1/(2~сАС), где А = А~=Аз, а С = С~= Сз, мост Вина имеет коэффициент передачи 13 =1/3 и нулевой угол сдвига фаз (см.рис. 4.б,б). В таком генераторе мост Вина включают между выходным выводом ОУ и его неинвертирующим входом, чем достигается введение положительной обратной связи. В автогенераторе с мостом Вина ОУ должен иметь коэффициент усиления К„„,> 3. У ОУ коэффициент усиления много больше трех.
Следовательно, форма синусоидальных колебаний может быть сильно искажена. Во избежание этого вводят сильную отрицательную обратную связь, т.е. К~0,=1+ (Аз+ А,)/ Ая Наличие терморезистора А, стабилизирует амплитуду выходного сигнала и снижает нелинейные искажения. Для регулирования частоты ./0 изменяют либо сопротивление обоих резисторов А1и А~, либо емкости конденсаторов С~ и С~ моста Вина. Следует отметить, что автогенератор с мостом Вина обеспечивает простую перестройку частот в широком диапазоне их изменения. По эзой причине автогенератор АС-типа с мостом Вина чаще других ав тогенераторов применяют для получения синусоидальных колебаний в диапазоне от! до 106 Гц.
184 I / ! ! ! ! ! ! ! l ' ~2 ! / / / а) в) Рис 4.6. Автогенератор )хС-типа с мостом Вина на операционном усилителе: а — схема автогенератора, б,в — амплитудно-частотная и фазочастотиая характеристики моста Вина Задача 4.4. Определить сопротивление резистора А4 в автогенераторе ЛС-типа на ОУ (см.рис. 4.6,а)„при котором возникнут синусоидальные колебания, если суммарное сопротивление резисторов Яз и В, будет равно 10 кОм.
Ответ: Я4=5 кОм. 4.4. СТАБИЛИЗАЦИЯ ЧАСТОТЫ В АВТОГЕНЕРАТОРАХ Стабильность частоты автогенераторов является одним из важнейших параметров, в значительной степени определяющих надежность и точность работы устройств промышленной электроники. Нестабильность частоты генерируемых колебаний зависит от изменений температуры, влажности, давления, от механических воздействий, колебаний напряжения питания, внешних электромагнитных полей и других дестабилизирующих факторов. Воздействие дестабилизирующих факторов на стабильность частоты проявляется в изменении емкостей конденсаторов, индуктивностей дросселей и сопротивлений резисторов, входящих в состав колебательных контуров и АС-цепей обРатных связей. Стабильность частоты автогенераторов зависит также от паразитных емкостей и индуктивностей и их изменений, которые так или иначе влиЯют на частотУ ~о и котоРые необходимо Учитывать при расчетах и настройке автогенераторов.
Влияние температуры сказывается на изменениях линейных размеров индуктивных катушек и конденсаторов. Так, с повышением температуры 135 для АС-автогенераторов Лс 1~Л/.+ ЛС'~. (4'.7) для АГ-автогенераторов (4.8) 4 С Л где ЛЕ . ЛС и ЛЯ вЂ” приращения соответственно индуктивностей катушек, емкостей конденсаторов и сопротивлений резисторов, вызванные воздействием дестабилизирующих факторов.
186 линейные размеры указанных элементов изменяются, что влечет за собой изменение емкости и индуктивности колебательного контура соответственно на ЛС и Л/.. Относительное изменение емкости конденсатора ЛС/С при изменении температуры на 1 0С называют температурным коэффициентом емкости (ТКС). Он может быть как положительным, так и отрицательным. Например, керамические конденсаторы выпускают как с положительным, так и отрицательным ТКС порядка (30+50) 1О ~ 1/0С. Относительное изменение индуктивности катушки ЛУЛ.
при изменении температуры на 1"С называют температурным коэффициентом индуктивности (ТК/). У лучших по термостабильности катушек ТК1. имеет значение (50+100) 10 6 1/0С. При изменении температуры изменяется и сопротивление резисторов. Относительное изменение сопротивления резистора ЛЯ/Я при изменении температуры на 1'С называют температурным коэффициентом сопротивления (ТКК).
Оно также может быть положительным и отрицательным. У линейных углеродистых резисторов широкого применения типов ВС и УЛИ ТКЯ отрицательный' и имеет значение 10 з+10 5 1/0С. Металлизированные резисторы широкого применения, например, типа МЛТ, имеют положительный ТКЯ порядка 1О 4 1/оС.
Следует отметить также, что на нестабильность генерируемой частоты, вызванную изменением температуры, сильно влияют изменения параметров транзисторов, Нестабильность частоты автогенераторов оценивают коэффициентом относительной нестабильности Л/'/ /~, где /' — рабочая (номинальная) частота автогенератора; Л/ — отклонение частоты от рабочей. Коэффициенты относительной нестабильности определяют по формулам: Для уменьшения нестабильности частоты используют различные способы стабилизации. Различают параметрическую и кварцевую стабилизацию частоты. Параметрическая стабилизация частоты сводится к ослаблению влияния внешних факторов на частоту генерируемых колебаний, а также к подбору элементов генератора, обеспечивающих минимальные изменения частоты.
Для уменьшения влияния температуры на изменение емкости конденсаторов и сопротивления резисторов в автогенератор включают конденсаторы и резисторы с отрицательными и положительными ТКГ и 1'Кй. Снижение воздействия температуры на индуктивность катушек достигается за счет применения специальных материалов для каркасов катушек. Для исключения влияния температуры на параметры транзисторов в отдельных случаях автогенераторы помешают в термостат. Уменьшение влияния механических ударов и вибрации достигается применением массивных корпусов (шасси), на которых крепят детали автогенератора, амортизационных прокладок из губчатой резины, специальных подвесок и т.д. Печатный монтаж и использование проводов индуктивных катушек, вжигаемых в керамику, практически полностью устраняют влияние механических воздействий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
