Генераторы RС-типа (RC-генераторы)

В RС-генераторах в качестве частотно-избирательных цепей используются цепи обратной связи, состоящие из конденсаторов и резисторов. В генераторах могут использоваться усилительные каскады, инвертирующие и не инвертирующие сигнал. В первом случае RС-цепь обратной связи должна обеспечивать дополнительный фазовый сдвиг на 180°, а во втором - ее фазовый сдвиг должен быть равен нулю. Значительное количество возможных схем RС-генераторов определяется большими схемотехническими возможностями RС-цепей.

На рис. 5.7 приведена принципиальная схема RС-генератора на инвертирующем усилительном каскаде. В цепи ПОС здесь использован трехзвенный ФВЧ, сдвигающий фазу сигнала на 180°. Поскольку максимальный фазовый сдвиг, вносимый одним таким звеном на частоте, близкой к нулю, стремится к 90°, для получения сдвига в 180° RС-цепь должна содержать не менее трех последовательно включенных звеньев. В этом случае каждое звено на частоте генерации обеспечивает сдвиг в 60°, при этом еще сохраняется приемлемый коэффициент передачи всего ФВЧ. Для четырехзвенного фильтра (который тоже иногда используется в RС-генераторах) фазовый сдвиг на частоте для одного звена составляет 45°. Четырехзвенные ФВЧ обладают меньшим затуханием сигнала на частоте генерации и для выполнения генератора требуют использования усилителя с меньшим коэффициентом усиления.

Обычно в RС-генераторах и . При этом частота может быть определена как для генератора с трехзвенной цепью и - с четырехзвенной цепью ПОС. Сравнение этих формул показывает, что в генераторе с четырехзвенным RC-фильтром выше.

На частоте коэффициент обратной связи для трехзвенной RС-цепи равен 1/29, а для четырехзвенной - 1/18,4. Следовательно, возбуждение генератора будет происходить, если в устройстве в случае трехзвенного и в случае четырехзвенного ФВЧ.

Регулировка в усилителе наОУ осуществляется за счет изменения глубиныООС (обычно с помощью ). Кроме того, глубокаяООС в рассматриваемом RС-генераторе применяется для улучшения формы синусоидальных колебаний и снижения влияния элементов схемы на работу устройства.

Снижение затухания в цепях ПОС и улучшение других параметров генераторов можно достичь за счет использования так называемых прогрессивных цепочек. В каких цепочках используются резисторы, номиналы которых для каждого последующего звена берутся в п раз больше, чем в предыдущем звене, и конденсаторы, номиналы которых, наоборот, уменьшаются для каждого последующего звена в п раз. Так, при в трехзвенной цепи и .

Необходимо отметить, что в RС-генераторах в цепи ПОС могут быть использованы не только ФВЧ, но и ФНЧ. Однако в этом случае для получения заданной требуется применить R и С больших номиналов со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Если неинвертирующий усилитель охватить ПОС, то он будет генерировать колебания и без использования фазовращающих RС-цепей. Однако условия (5.2) в таком генераторе будут выполняться для целого спектра частот, что приведет к появлению колебаний несинусоидальной формы. Для осуществления генерации только синусоидальных электрических колебаний в устройстве должна быть использована цепь ПОС, обеспечивающая условие баланса фаз только для одной частоты . В такой RС-цепи на частоте фазовый сдвиг должен быть равен нулю. Этим свойством обладает мост Вина (см. рис. 5.8), который широко применяется в RС-генераторах.

На рис. 5.8 приведена принципиальная схемаRС-генератора на неинвертирующем усилительном каскаде с мостом Вина в цепиПОС.Поскольку на частоте коэффициент передачи моста Вина равен 1/3, то , и возбуждение генератора имеет место при , т.е. при .

В общем случае частота генерации будет зависеть и от параметров усилителя. Однако применение ОУ с глубокой ООС практически устраняет этот фактор. В результате температурная нестабильность RС-генератора на ОУ определяется только нестабильностью RС-цепей и имеет весьма малые значения.