13.3 Избирательный усилитель типа rc со сложной оос

С применением операционных усилителей строятся относительно низкочастотные избирательные усилители. Хорошо зарекомендовал себя в практических устройствах избирательный усилитель типа RC на ОУ с двухпетлевой ОС (рис. 13.6). Коэффициент передачи за пределами полосы пропускания ослабляется двумя параллельными частотно-зависимыми ООС. Одна из них создается делителем С1, и действует на высоких частотах, а другая – делителемR3, C2, и действует на низких частотах. Одновременно конденсаторС2 действует как разделительный и ослабляет передачу низких частот со входа схемы.

Основные параметры усилителя при С1 = С2 = С определяются соотношениями:

–частота квазирезонанса;

–коэффициент усиления на частоте f₀;

–эквивалентная добротность;

–полоса пропускания на уровне 3 дБ.

Изменять резонансную частоту можно варьируя величину сопротивления резистора R2, что не приводит к изменению коэффициента усиления и ширины полосы пропускания каскада.

Рассмотрим числовой пример расчета усилителя. Пусть необходимо построить избирательный усилитель с f₀ = 100 Гц, К₀ = 10 и Q_экв = 5. Выбирая R₃=110 кОм, находим кОм имкФ. ТогдаОм иR₂=1251 Ом.

13.4 Активные фильтры нижних и верхних частот

Для подавления сигналов в диапазоне частот выше некоторой частоты f₀ используются фильтры нижних частот (ФНЧ), а ниже граничной частоты f₀ – фильтры верхних частот (ФВЧ), примеры практической реализации которых показаны на рис. 13.7. Граничная частота определяется соотношением . Коэффициент передачи в полосе пропускания рассмотренных фильтров равен единице (ОУ используется как повторитель напряжения). Крутизна логарифмической амплитудно-частотной характеристики представленных фильтров второго порядка за границей пропускания – 40 дБ/дек. Полосовой фильтр строится путем последовательного соединения ФНЧ и ФВЧ, настроенных на граничные частоты полосы пропускания.

14 Генераторы гармонических колебаний

14.1 Структурная схема генератора. Условия баланса фаз и амплитуд

Электронным генератором называют устройство, преобразующее с помощью усилительных элементов энергию источника питания в энергию электрических колебаний заданной формы и частоты. По форме генерируемых колебаний различают генераторы гармонических колебаний и релаксационные (импульсные) генераторы. По виду избирательной цепи различают LC- и RC-генераторы гармонических колебаний.

Маломощные генераторы гармонических колебаний широко используются в измерительной технике, автоматике, как задающие устройства радиопередатчиков и устройств преобразовательной техники. Генераторы средней и большой мощности применяются для питания технологических установок высокочастотного нагрева, ультразвуковой обработки, электронных микроскопов, в радиопередающих устройствах.

Структурная схема LC-генератора гармонических колебаний показана на рис. 14.1. В колебательном контуре непрерывно возникают и постоянно затухают из-за наличия потерь собственные электрические колебания с малыми амплитудами, частота которых определяется параметрами контура. Их причиной являются флуктуационные токи, вызванные тепловым движением электронов в проводнике. Усилительный элемент и цепь обратной связи предназначены для превращения этих колебаний в незатухающие. Пополнение энергии контура происходит током транзистора каждый период в фазе с собственными колебаниями контура. Иначе такой автогенератор можно рассматривать как избирательный усилитель с положительной обратной связью (ПОС). Процесс возникновения и нарастания колебаний происходит до тех пор, пока в автогенераторе не установятся стационарные значения тока и напряжения, обусловленные нелинейными свойствами усилительного элемента.

Для анализа процессов в автогенераторе в петле ПОС можно выделить два звена, коэффициенты передачи которых зависят соответственно от амплитуды и частоты колебаний. Тогда петлевое усиление контура ПОС можно записать в виде . Для возникновения автоколебаний обратная связь должна быть положительной и петлевое усиление должно быть больше единицы.

Стационарный режим автоколебаний описывается уравнением

,

где – амплитуда колебаний генератора,– частота колебаний.

Это уравнение обычно распадается на два условия:

а) баланс фаз (из которого определяется частота колебаний):

б) баланс амплитуд (из которого определяется ):

Определение частоты колебаний производится в рамках линейной теории, определение же амплитуды колебаний требует решения нелинейных уравнений. Проще всего такая задача решается графическим путем (совмещением амплитудной характеристики усилителя и характеристики передачи цепи обратной связи; их точка пересечения соответствует стационарному режиму автоколебаний).

На рис. 14.2 представлены три этапа работы автогенератора, начиная с момента его запуска и до установления в нем стацио­нарной ам­плитуды ко­лебаний. До мо­мента пуска (ав­тогенера­тор вы­клю­чен) ни одно из ус­ловий (или хотя бы одно из них) не выпол­нено и авто­гене­ра­тор не рабо­тает. С момента пуска усло­вия баланса ампли­туд и фаз выпол­нены: Т >1, φ_к + φ_ос = 2πn и в автогенераторе воз­никают и нарастают колебания от U_вых = 0 до U_вых= А_г. Следует подчеркнуть, что на этапе установления колебаний уравнение ба­ланса амплитуд автогенератора превращается в неравенство Т>1 и время нарастания колебаний до стационарного уровня будет тем меньше, чем сильнее это неравенство.