Трехточечные схемы LC-автогенераторов

Практические схемы LC-автогенераторов наиболее часто реализуются в виде трехточечных схем с использованием усилителей на одном транзисторе. Структурная схема такого генератора изображена на рис.4.3. На этом рисунке X₁, X₂, X₃ – реактивные сопротивления идеальных LC-элементов.

Рис.4.3. Структурная схема трехточечного LC-генератора

Рассмотрим возможность выполнения условия баланса фаз в рассматриваемом случае. Три реактивных элемента X₁, X₂, X₃ образуют колебательный контур, на резонансной частоте которого выполняется соотношение X₁ + X₂ + X₃ = 0. Цепь обратной связи образована делителем на элементах X₂, X₃. Требуемый фазовый сдвиг, вносимый обратной связью для выполнения баланса фаз, будет определяться фазовым сдвигом, создаваемым усилителем.

Если усилитель инвертирует сигнал, то цепь обратной связи должна создавать фазовый сдвиг, равный p. Такая возможность реализуется, если X₂ и X₃ – реактивные элементы разных знаков, и X₃ > X₂. В этом случае условие резонанса можно выполнить только при условии, что X₁ и X₂ – элементы одного знака. В итоге, условие баланса фаз выполняется с инвертирующим усилителем в схемах, показанных на рис.4.4.

Рис.4.4. Трехточечные схемы генераторов с инвертирующим входом

Если усилитель неинвертирующий, то для баланса фаз необходимо, чтобы цепь обратной связи не вносила дополнительного фазового сдвига. Это условие будет выполнено, если X₂ и X₃ одного знака. Тогда X₁ должно иметь противоположный знак. Соответствующие варианты схем показаны на рис.4.5.

Рис.4.5. Трехточечные схемы генераторов с неинвертирующим усилителем

RC-автогенераторы

В диапазоне сравнительно низких частот в качестве частотно-избирательных цепей обратной связи в схемах автогенераторов используют RC-цепи. На рис.4.5 показана схема такого автогенератора, в основе которого лежит положительная обратная связь на основе моста Вина. На инвертирующий вход включена цепь отрицательной обратной связи, определяющая коэффициент усиления. Коэффициент усиления цепи положительной обратной связи определяется делением выходного напряжения мостом Вина

.

Приведем полученное выражение к виду

, где t = RC.

Из условия баланса амплитуд

.

Из этого условия следует, что на частоте генерации требуемое значение коэффициента усиления K = 3. Для самовозбуждения с последующим установлением режима стационарных колебаний, коэффициент усиления в первый момент должен быть больше 3-х с последующим снижением до 3-х в процессе увеличения амплитуды колебаний. На рис.4.6. приведена схема автогенератора с динамическим управлением коэффициентом усиления. В момент включение напряжение на входе автогенератора небольшое и сопротивление канала полевого транзистора мало. С увеличением амплитуды колебаний напряжение на выпрямителе растет, и сопротивление канала становится больше, коэффициент усиления снижается до требуемой величины K=3.

Рис.4.5. Схема генератора с Рис.4.6. Схема генератора с управлением

мостом Вина коэффициентом усиления

В схемах автогенератора с инвертирующим усилителем обычно используется многозвенная фазосдвигающая RC-цепь. Пример такой цепи при 3-х звеньях показана на рис.4.7. Напряжение обратной связи в этой схеме

, где t = RC.

Рис.4.7. RC-генератор с инвертирующим усилителем

Уравнения Кирхгофа для узлов A и B:

;

.

Разрешая последние два уравнения относительно U_B

.

Подставляя полученное выражение в уравнение для U_mОС, получим с учетом K_ос(jw) = U_mОС/U_mвых

.

Из условия самовозбуждения K_ос(jw_г)K = 1

1 – 6(w_гt)² + j[5(w_гt) – (w_гt)³(K – 1)] = 0 .

Приравнивая вещественную и мнимую части этого выражения к нулю, получаем

K(w_г) = - 29.