43. Цепочечные rc-автогенераторы с фазосдвигающей цепью. Структурная электрическая схема. Принцип работы и виды фазосдвигающей цепи. Условия самовозбуждения цепочечного rc-автогенератора.

Использование LC-генераторов для генерирования низкочастотных гармонических колебаний затруднительно, т.к. необходимо увеличивать индуктивность и емкость контура, что связано с уменьшением добротности контура и увеличением его габаритов и массы. Поэтому на этих частотах используют RC-генераторы.

Из множества разновидностей на практике находят применение цепочные и мостовые RC-автогенераторы.

Цепочный rc-автогенератор

Рисунок 13.1 – Структурная схема цепочного RC-автогенератора.

Низкочастотный усилитель в пределах полосы пропускания имеет постоянный коэффициент усиления и постоянный фазовый сдвиг 180° между входным и выходным напряжениями. Форма генерируемых колебаний в таком генераторе оказывается зависящей от частотных характеристик цепи обратной связи. Если АЧХ и ФЧХ цепи обратной связи равномерны в полосе частот, равной или превышающей полосу пропускания усилителя, то при выполнении условий БА и БФ в полосе пропускания усилителя, на выходе генератора будут наблюдаться колебания, отличающиеся по форме от гармонических. Если ФЧХ цепи обратной связи такова, что для одной частоты создаются преимущественные условия (фазовый сдвиг 180° между входным и выходным напряжениями), тогда условие БФ будет соблюдаться только для этой частоты, и в таком RC-генераторе возникнут гармонические колебания с частотой .

Для развития процесса самовозбуждения генератора необходимо выбрать коэффициент чуть-чуть больше . Тогда при подключении генератора к источнику питания малейшие колебания на частоте через цепь ПОС будут поступать на вход усилителя, а т.к. , то эти колебания будут усиливаться усилителем чуть больше, чем ослабляться цепью ПОС. Поэтому с каждым циклом амплитуда колебаний на частоте будет возрастать. При достижении амплитудой величины напряжения насыщения за счет нелинейности амплитудной характеристики коэффициент усиления становится , и на выходе генератора будут установившиеся колебания частотой и постоянной амплитуды . При этом искажения формы гармонического колебания (срез амплитуды) будет минимальным.

Рисунок 13.2 – Временная диаграмма возбуждения генератора.

Для поворота фазы выходного напряжения усилителя на 180° в цепь ПОС включается фазосдвигающая цепь (ФСЦ), состоящая из нескольких (обычно трех или четырех) фазосдвигающих RC-звеньев.

Рисунок 13.3 – Принципиальная схема (а) и векторная диаграмма (б)

фазосдвигающего звена.

Практически элементы RC-звена подбираются так, чтобы . В зависимости от включения схемы ФСЦ называют R-параллель или С-параллель.

Рисунок 13.4 – Трехзвенная ФСЦ: R-параллель и С-параллель.

Частота генерируемых колебаний автогенератора соответствует частоте, при которой сдвиг фаз между напряжениями и достигает 180°:

- R-параллель; - С-параллель.

Требуемый для обеспечения самовозбуждения коэффициент усиления усилителя , где - коэффициент передачи цепи ПОС на частоте генерации.

Рисунок 13.5 – Принципиальная схема RC-автогенератора с трехзвенной ФСЦ:

R1R2 – делитель напряжения. Обеспечивает режим по постоянному току;

R4C1 – элементы температурной эмиттерной стабилизации рабочей точки;

R3 – нагрузка однокаскадного усилителя на транзисторе VT, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ);

С2 – С4, R5 – R7 – элементы ФСЦ. R5 – R7 должны быть много больше, чем R3, чтобы не уменьшать коэффициент усиления усилителя.

БФ выполняется автоматически, т.к. трехзвенная RC-цепь имеет фазовый сдвиг 180⁰ и каскад с ОЭ сдвигает фазу на 180⁰, поэтому суммарный фазовый сдвиг по цепям усиления и цепям обратной связи составляет 360⁰.

БА выполняется за счет применения каскада с коэффициентомусиления больше 29, т.к. коэффициент передачи трехзвенной RC-цепи 1/29. Это необходимо для выполнения условия самовозбуждения: .

При подключении к источнику питания уменьшается потенциал коллектора (ток коллектора возрастает), и это уменьшение через RC-цепь поступает на вход усилителя и приводит к уменьшению , т.е. к росту потенциала коллектора. Теперь рост потенциала поступает через RC-цепь на базу транзистора, увеличивая потенциал базы и уменьшая потенциал коллектора. Таким образом, на выходе устройства наблюдаются колебания электрической энергии.

АГ с ФСЦ обычно применяют для генерирования гармонических колебаний фиксированной частоты, что связано с трудностью перестройки частоты в широком диапазоне.

44. RC-автогенератор с мостом Вина. Структурная и функциональная электрические схемы. Принцип действия. Условия самовозбуждения.

Рисунок 13.6 – Структурная схема RC-автогенератора с мостом Вина.

Низкочастотный усилитель имеет постоянный коэффициент усиления и постоянный фазовый сдвиг 360⁰ между входным и выходным напряжениями в пределах полосы пропускания. ФЧХ цепи ПОС такова, что для одной частоты создаются преимущественные условия (нулевой фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями). Т.к. коэффициент передачи двухкаскадного усилителя существенно больше отношения , то выходное напряжение достигнет значения раньше амплитудного значения, что приведет к значительным искажениям формы колебаний.

Рисунок 13.7 – Искажения формы колебаний.

Линейная отрицательная обратная связь (ООС) приводит к уменьшению коэффициента усиления, а следовательно к уменьшению искажений формы колебаний. Для поддержания и минимальных искажений формы используют автоматическое регулирование коэффициента усиления в зависимости от амплитуды генерируемых колебаний. Для этого используется цепь нелинейной ООС, когда одним из ее элементов является нелинейное сопротивление. Изменение его сопротивления приводит к изменению глубины ООС, а следовательно коэффициента усиления усилителя.

Мост Вина представляет собой четырехплечный мост переменного тока, два плеча которого состоят из частотно зависимых элементов, а два других – чисто активные.

Рисунок 13.8 – Мост Вина:

R1,R2,C1,C2 – частотозависимая ветвь моста (ветвь ПОС);

R3,R4 – активная ветвь моста (ветвь ООС).

Существует единственная частота

,

на которой фазовый сдвиг между подводимым напряжением и напряжением на выходе равен нулю.

Коэффициенты передачи ветви ПОС моста Вина на этой частоте равен . Следовательно, минимальный коэффициент усиления для обеспечения выполнения БА . Реальный двухкаскадный усилитель позволяет получить усиление по напряжению намного превышающий , поэтому такой усилитель охватывается глубокой ООС.

RC-генераторы применяют при радиотехнических измерениях в диапазоне звуковых, низких и очень низких частот.

45. Формирование двухполосных амплитудно-модулированных сигналов с большим уровнем несущей. Однотактный амплитудный модулятор на диоде. Принципиальная электрическая схема. Принцип действия. Временные диаграммы.

    Общие сведения

Для формирования АМ сигнала необходимо сумму напряжений несущего колебания и модулирующего сигнала подать на вход нелинейной цепи, содержащей полупроводниковый диод или транзистор. Спектр тока в такой цепи содержит составляющие, которых нет в воздействующем на нее напряжении. Остается выделить с помощью электрического фильтра составляющие, образующие АМ сигнал.

На ВАХ диода, транзистора или лампы можно выделить квадратичный и линейный участок. Использование первого участка определяет режим малого сигнала, при котором входное напряжение не должно заходить как в область отсечки, так и в область насыщения. Использование второго участка определяет режим сильного сигнала, при котором входное напряжение переводит транзистор в режим отсечки, а может переводить его и в режим, близкий к насыщению. ВАХ на первом участке аппроксимируют полиномом -ой степени, а на втором участке – ломаной прямой.

Амплитудные модуляторы классифицируют:

1. по схеме соединения НЭ - на однотактные (содержащие один НЭ), балансные (представляющие собой два однотактных), и кольцевые (представляющие собой два балансных);

2. по типу применяемых НЭ – на пассивные (на полупроводниковых диодах) и активные (на лампах, транзисторах).