3.6.4. Rc-автогенераторы

В генераторных устройствах низкочастотного диапазона в качестве избирательных используются частотно-зависимые цепочки из элементов R и C, включаемые в цепь обратной связи усилителя. Такие схемы, представляющие собой сочетание усилитель – частотно-зависимая положительная обратная связь, называются RC-генераторами. По габаритным и весовым характеристикам, а также и по стоимости в области частот от долей герца до десятков килогерц они имеют значительные преимущества перед LC-генераторами. В некоторых случаях RC-генераторы используются для получения колебаний с частотами, достигающими сотен килогерц.

По принципу построения RC-генераторы подразделяются на две основные группы:

- генераторы с поворотом фазы сигнала в цепи обратной связи на +180^о;

- генераторы, у которых фазовый сдвиг сигнала в цепи обратной связи на определенной частоте равен нулю.

RC-генераторы с фазовым сдвигом в цепи обратной связи содержат однокаскадный усилитель по схеме ОЭ, фаза выходного напряжения которого отличается от фазы входного сигнала на 180^о. Условие баланса фаз может быть выполнено, если частотно-зависимая цепь обратной связи (фазирующая цепочка) также обеспечивает поворот фазы напряжения на нужной частоте генерации на 180^о.

В качестве фазирующих используются цепочки, состоящие из простейших Г-образных RC-звеньев (обычно трех или четырех). На практике применяют два варианта фазирующих цепочек. Трехзвенная цепочка, фазирующая напряжение, так называемая "R-параллель", и такая же цепочка "С-параллель".

В отличие от резонансной частоты ω₀ колебательного контура для фазирующих RC-цепей частота, на которой возникают колебания, называется квазирезонансной.

Квазирезонансная частота для трехзвенных фазирующих цепочек может быть рассчитана по формулам:

для цепочки R-параллель

,

и для цепочки С-параллель

.

На рис.3.34 показана принципиальная схема RC-генератора с трехзвенной цепочкой типа R-параллель.

Данный RC-генератор имеет ряд недостатков:

- цепь обратной связи сильно шунтирует каскад усилителя, вследствие чего снижается коэффициент усиления и нарушается условие баланса амплитуд или возникающие колебания будут неустойчивыми;

- генерируемые колебания имеют значительное искажение формы, вызванное тем, что условия самовозбуждения выполняются для гармоник с частотой, близкой к ω_о, это объясняется отсутствием строгой избирательности к основной частоте Г-образных RC-цепей.

Для уменьшения шунтирующего влияния RC-цепей обратной связи в автогенератор вводят дополнительный каскад – эмиттерный повторитель, имеющий высокое входное сопротивление. Этот каскад включают между выходом усилителя и цепью обратной связи. Эмиттерный повторитель сохраняет условие баланса фаз и в то же время практически исключает шунтирующее действие цепи обратной связи.

Для снижения искажений формы генерируемых колебаний в усилитель часто вводят отрицательную обратную связь, например, на рассмотренной выше схеме это осуществляется включением резистора R_э в цепь эмиттера.

Если необходимо регулировать частоту генератора в широком диапазоне в качестве частотно-зависимой обратной связи используют последовательно-параллельные избирательные цепочки (мост Вина). В этом случае RC-генераторы содержат четное количество каскадов и работают без сдвига фазы в цепи обратной связи.

Автогенераторы с мостом Вина широко применяют в различной измерительной аппаратуре как широкодиапазонные автогенераторы (от нескольких единиц герц до нескольких сотен килогерц) с относительно хорошей стабильностью частоты. В этом их основное преимущество по сравнению с другими типами RC-генераторов.