Główna O
nas Kontakt Projekty Timer
NE555 ST6 Realizer Historia
Linki
Materiały udostępnione przez
Generatory - generatory sinusoidalne RC
W generatorach sinusoidalnych RC, pracujących w układzie
wzmacniacza z dodatnim sprzężeniem zwrotnym, jako układy ustalające częstotliwość
generowanego przebiegu, czyli zapewniające spełnienie warunku fazy tylko dla
wybranej częstotliwości, są stosowane przesuwniki fazy lub filtry pasmowe RC.
Generator
o powyższym schemacie blokowym składa się ze wzmacniacza odwracającego fazę
oraz przesuwnika fazowego RC, którego funkcję może pełnić drabinkowy filtr
RC górno- lub dolnoprzepustowy, odwracający fazę o dalsze 180° lub filtr
pasmowo-zaporowy typu "podwójne T".
W układzie z rysunku poniżej należy natomiast zastosować układ RC nie
przesuwający fazy tylko dla jednej określonej częstotliwości. Właściwości
takie ma np. filtr pasmowoprzepustowy (filtr Wiena), stanowiący dwie gałęzie
rezystancyjno-pojemnościowe układ zwanego mostkiem Wiena. Generatory z
obwodami RC są stosowane w zakresie częstotliwości od części herca do
kilkuset kiloherców.
Generatory sinusoidalne RC z mostkiem Wiena
Gałęzie rezystancyjno-pojemnościowe (R1, C1
i R2, C2) - z poniższego schematu - stanowią
układ filtru pasmowoprzepustowego, nazywanego filtrem Wiena Jeżeli
R1 = R2 = R oraz C1
= C2 = C, to przy częstotliwości f0 =
1/(2*pi*RC) nie występuje przesunięcie fazy miedzy sygnałem wyjściowym u2
a wejściowym u1. Dla tej częstotliwości (nazywanej guasi-rezonansową)
tłumienie sygnału wejściowego przez układ filtru z rysunku b wynosi: U2/U1
= 1/3. Dzielnik rezystancyjny R3 i R4 mostka
Wiena jest więc tak dobierany, aby przy częstotliwości f0
jego napięcie wyjściowe U2 było równe zeru, czyli R3
= 2R4. Układ mostka Wiena jest więc filtrem
pasmowozaporowym.
Charakterystyki amplitudowa i fazowa układu z rysunku b (pokazane na
poniższych wykresach) przypominają swoim kształtem odpowiednie
charakterystyki szeregowego obwodu rezonansowego LC o bardzo małej
dobroci Q. Dobroć
równoważna Qr = f0 / dfR wynosi
bowiem zaledwie 1/3. Jednak w układzie zmodyfikowanego mostka Wiena (gdy R3
= (2 + e) R4, przy np. e = 0,01) dobroć jest znacznie większa
i nachylenie charakterystyki fazowej w pobliżu częstotliwości f0
jest bardzo duże (linia przerywana na powyższych charakterystykach). Układ
filtru Wiena włączony w pętlę sprzężenia zwrotnego wzmacniacza nieodwracającego
może więc pełnić funkcję obwodu ustalającego częstotliwość, przy której
jest spełniony warunek fazy (dodatnie sprzężenie zwrotne). Wzmocnienie napięciowe
wzmacniacza musi być dla tej częstotliwości większe od 3 V/V, aby było możliwe
całkowite skompensowanie tłumienia pętli sprzężenia zwrotnego, a więc
jednoczesne spełnienie warunku amplitudy. Stabilne wzmocnienie o takiej wartości
można uzyskać włączając odpowiednio elementy R3 i R4
mostka Wiena w obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Przez dobór
elementów mostka Wiena można uzyskać spełnienie warunków generacji.
Generatory z mostkiem Wiena charakteryzują się dobrą stabilnością częstotliwości
i amplitudy oraz małymi zniekształceniami nieliniowymi generowanego sygnału
sinusoidalnego. Mogą być stosowane w zakresie częstotliwości od pojedynczych
herców do kilkuset kiloherców, zależnie od charakterystyki amplitudowej
zastosowanego wzmacniacza. Przestrajanie generatora w szerokim zakresie częstotliwości
może być realizowane płynnie za pomocą podwojonego kondensatora zmiennego (C1,
C2) i skokowo przez dołączanie rezystorów (R1,
R2) mostka.
Układ generatora z mostkiem Wiena przedstawiono na poniższym rysunku Mostek
Wiena jest włączony w obwód sprzężenia zwrotnego wzmacniacza dwustopniowego
w konfiguracji WE, a więc przesuwającego fazę o 360°. Elementy R1,
C1, R2 i C2 mostka
zapewniają dodatnie sprzężenie zwrotne dla częstotliwości
quasi-rezonansowej f0, natomiast elementy R3
i R4 mostka, dołączone do emitera tranzystora T1,
stanowią obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego ustalającego wzmocnienie
wzmacniacza (Au = 1 + R3/R4)
oraz stabilizującego częstotliwość i amplitudę generowanego przebiegu. Aby
jednak generacja była możliwa, czyli możliwy był do spełnienia warunek
amplitudy, sygnał dodatniego sprzężenia zwrotnego dla częstotliwości f0
musi być odpowiednio większy od sygnału sprzężenia ujemnego. Relacja ta
jest spełniona, gdy mostek nie jest zrównoważony, a więc wartość
rezystancji R3 jest nieco większa od podwójnej wartości
rezystancji R4 (czyli R3 > 2R4).
Aby uzyskać lepszą stabilność temperaturową generatora, zazwyczaj zamiast
rezystora R3 jest stosowany termistor. Przykład generatora z
mostkiem Wiena włączonym w obwód sprzężenia zwrotnego wzmacniacza
operacyjnego przedstawiono na rysunku poniżej. Elementy
R1, C1, R2 i C2
stanowią obwód sprzężenia zwrotnego ustalający warunek fazy dla częstotliwości
f0. Warunek amplitudy jest natomiast dobierany stosunkiem
rezystorów R3 i R4 włączonych w obwód
ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza i ustalających jego wzmocnienie.