7.2.2. Генератор с автотрансформаторной обратной связью (схема Хартли)

На (рис.  7 .2, б) представлена схема Хартли на транзисторе в режиме с ОЭ. Конденсатор С3 шунтирует резистор R3 по переменному напряжению. Генератор работает на частоте . Амплитудный критерий βК ≥ 1 выполняется при условии

L1 ≥ r_бэ (L1 +L2)/( β_с R_к).

Через конденсатор С1 большой емкости переменное напряжение ПОС подается на базу транзистора. Напряжение ПОС имеет фазовый сдвиг π относительно выходного напряжения. Транзисторный каскад инвертирует напряжение ПОС, за счет чего фазовый сдвиг замкнутой системы равен 2π.

7.2.3. Генератор с емкостной обратной связью (схема Колпитца)

Особенностью схемы Колпитца (рис.  7 .2, в) является наличие емкостного делителя, который определяет коэффициент ПОС β = С2/(С1 + С2). Последовательно соединенные конденсаторы с катушкой L1 образуют колебательный контур, емкость которого равна

С = С1 С2/(С1 + С2).

Конденсатор С3 разделительный. Его сопротивление на частоте генератора очень мало.

Обычно конденсатор С1 выбирается таким образом, чтобы его сопротивление было мало при резонансе. В этом случае входное сопротивление транзистора не будет вносить дополнительные потери в контур. При выполнении условия С1 >> С2 частота генератора определяется выражением

.

Фазовый критерий выполняется на резонансной частоте, а амплитудный критерий при условии

С1 ≤ С2 β_с R_к / r_бэ.

7.3. RC-генераторы

7.3.1. Генератор сигналов прямоугольной формы (мультивибратор)

Схема генератора прямоугольных импульсов, изображенная на рис.  7 .3, а состоит из инвертирующего триггера Шмитта, выполненного на базе ОУ, охваченного отрицательной обратной связью с помощью ФНЧ (R1, С1).

Рис. 7.3. Генератор прямоугольных импульсов:

схема (а); диаграмма работы (б)

Резисторы R2, R3 образуют делитель напряжения, с которого часть выходного напряжения подается на Н-вход ОУ. При максимально выходном напряжении ОУ u_вых = U, это напряжение называется верхним пороговым напряжением:

U_пв = U R3/(R2 + R3) = U β,

где β - коэффициент ПОС; β = R3/(R2 + R3).

В этом случае ток с выхода ОУ через резистор R1 заряжает конденсатор С1. Когда потенциал на И-входе ОУ достигает значения несколько большего, чем U_пв, выходное напряжение изменяет свое значение от уровня U до уровня –U, при этом на Н-входе ОУ установится напряжение U_пн = -U β.

Анализ схемы мультивибратора позволяет записать дифференциальное уравнение для напряжения на И-входе ОУ, которое определяется напряжением u_с на конденсаторе С1:

.

При начальных условиях u_c(t = 0) = U_пн решение этого дифференциального уравнения имеет вид

u_с(t) = U – (U + U_пв ) e^-t/R1C1.

Значение напряжения, равное порогу срабатывания триггера Шмитта (условие u_с(t₁) = U_пв ), будет достигнуто спустя время

t₁ = R1 C1 ln(1 + 2R3 / R2).

Период колебаний мультивибратора равен

T = 2 t₁ = 2R1 C1 ln(1 + 2R3 / R2).

Как следует из последнего выражения, период колебаний не зависит от напряжения U, которое определяется напряжением питания. Поэтому период колебаний мультивибратора мало зависит от питающих напряжений. При R2 = R3 период колебаний составляет Т = 2,2 R1 C1, а частота колебаний

f = 1/T = 1/(2,2 R1 C1).