2. Исследование генератора с фазовращающей цепью

Рассчитать частоту генерации и значение резисторов образующих обратную связь в соответствии с вариантом задания (табл.4).

Таблица 4

Вариант	1	2	3	4	5	6
, Гц	-	-	-	-	-	-
, мкФ	0.1	0.5	1.0	1	0.5	0.1
,кОМ	2.4	1.5	1.0	2.4	1.5	1.0
кОм	0.51	1.0	1.5	5.1	10	20
,кОм	-	-	-	-	-	-

Лабораторная работа выполняется аналогично. Для расчета использовать условия генерации

,

а из баланса амплитуд следует

.

Собрать схему для исследования фазосдвигающей цепи (рис.10).

Рис.10. Фазовращающая цепь

Найти частоту генерации и коэффициент обратной связи экспериментально. Выполняется аналогично, как в случае цепи нулевого фазового сдвига.

Собрать схему генератора (рис.11)

Рис.11. Генератор с фазовращающей цепью

Включить генератор и измерить частоту генерации.

Изменяя коэффициент обратной связи, установить влияние его на работу генератора.

В цепь обратной связи включить нелинейный элемент (рис.12)

Рис.12. Генератор с фазовращающей цепью с нелинейной обратной связью

Изменяя коэффициент обратной связи, установить влияние его на работу генератора. Сделать выводы о влиянии нелинейной обратной связи.

Требования к отчету

Отчет должен содержать:

• результаты расчетов,

• схемы генераторов

• результаты экспериментов,

• анализ и выводы.

Контрольные вопросы

1. Изобразите структуру генератора, и определите условия генерации.

2. Выведите условия генерации для схемы с цепью нулевого фазового сдвига

3. Выведите условия генерации для схемы с фазовращающей цепью.

4. Объясните влияние коэффициента усиления усилителя на форму выходного сигнала.

5. Объяснить стабилизирующее действие нелинейной обратной связи.

Краткие теоретические сведения

Генераторы синусоидальных колебаний на основе ОУ

Генераторы синусоидальных колебаний широко применяются в измерительной технике, в системах связи. Генератор может быть представлен как усилитель, охваченный цепью положительной обратной связи.

Принцип введения положительной обратной связи иллюстрируется (рис. 13).

Рис. 13. Принцип положительной обратной связи

Часть выходного напряжения возвращается через цепь обратной связи к входу усилителя. Если, как это показано на рис. 13, напряжение обратной связи складывается с входным напряжением, обратная связь называется положительной. Для физического анализа схемы, представленной на рис. 13, допустим, что входное напряжение изменилось от нуля до некоторого положительного значения . В первый момент выходное напряжение , а, следовательно, и напряжение обратной связи также равны нулю. При этом напряжение, приложенное ко входу операционного усилителя, составит . Так как это напряжение усиливается с коэффициентом усиления , то величина возрастет до некоторого положительного значения, и вместе с ней возрастет также величина . Это приведет к увеличению напряжения , приложенного ко входу усилителя. Тот факт, что выходное напряжение воздействует на входное напряжение, причем так, что это влияние направлено в сторону, совпадающую с изменением входной величины, и есть проявление положительной обратной связи. После достижения устойчивого состояния выходное напряжение ОУ

Решив это уравнение относительно , получим:

.

При коэффициент усиления ОУ, охваченного обратной связью, будет равен бесконечности. Это говорит о том, что при , . Таким образом, усилитель превратился в независимый источник сигнала, т.е. в генератор.

Получение устойчивых колебаний возможно при выполнении двух условий генерации.

1. Обратная связь должна быть положительной, т.е.

,

где - фазовый сдвиг в усилителе,

- фазовый сдвиг в цепи обратной связи.

это условие называется балансом фаз.

2. Глубина обратной связи, должна быть достаточной для возбуждения генератора и его стабильной работы

.

Это условие называется балансом амплитуд.

В генераторе синусоидальных напряжений баланс фаз и баланс амплитуд должен выполняться только для одной частоты , поэтому цепь обратной связи делают частотнозависимой. Фазовый сдвиг в усилителе (в области средних частот) может принимать два значения: =0 (усилитель неинвертирующий), = (усилитель инвертирующий). В первом случае используют, в качестве цепи обратной связи, цепь нулевого фазового сдвига ( )=0, а во втором – фазовращающую цепь, которая обеспечивает поворот фазы ( )=.