В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

В автогенераторах могут наблюдаться искажения синусоидальной формы колебаний, что означает соблюдение условий самовозбуждения для гармонических составляющих, близких к основной гармонике с частотой ω 0. Подобное явление обычно наблюдается в устройствах, у которых добротность контуров мала.

Чтобы исключить указанное явление, необходимо применять контуры с добротностью не менее 100. Кроме того, искажение формы генерируемых колебаний может происходить при большом коэффициенте обратной связи β : чем больше β , тем больше будет искажена форма генерируемых колебаний. Действительно, несмотря на ослабление контуром других, гармонических составляющих, близких к резонансной, для них все же будет выполняться условие баланса амплитуд. Регулировать величину β довольно затруднительно, поэтому обычно вводят отрицательную обратную связь. Например, в схеме рис. 8.5, а в истоковую цепь включают переменный резистор R и. Изменением сопротивления этого резистора можно добиться оптимального значения коэффициента передачи звена отрицательной обратной связи, а следовательно, хорошей синусоидальной формы генерируемых колебаний.

Изменение частоты автоколебаний осуществляется изменением емкости конденсатора С кколебательного контура в схеме рис. 8.5, а , а в схеме рис. 8.5, б — изменением индуктивности катушки колебательного контура L к, что не всегда удобно, так как при этом нужно перемещать сердечник катушки или изменять число ее витков. Поэтому чаще применяют автогенератор с индуктивной трехточкой.

Изменение емкости конденсатора обычно осуществляют механическим перемещением одной из обкладок воздушного конденсатора. В последнее время в качестве конденсатора колебательного контура используют варикап, емкость которого изменяется путем изменения постоянного напряжения, подаваемого на варикап, что значительно упрощает перестройку частоты автоколебаний.

Отметим, что LC-автогенераторы выполняются и на операционных усилителях, но на частотах не свыше 15 МГц. Это объясняется тем, что выпускаемые в настоящее время операционные усилители на частотах свыше 15 МГц имеют, как правило, коэффициент усиления, равный единице. Принципиальная схема такого автогенератора изображена на рис. 8.5, в . Резисторы R1 и R2 образуют цепь отрицательной обратной связи. Резонансный LC-контур включен как звено положительной ОС.

Для получения гармонических колебаний низкой и инфранизкой частот (от нескольких сотен килогерц до долей герц) применяют автогенераторы, у которых в качестве звеньев обратных связей используются RC-четырехполюсники. Такие автогенераторы получили название RC-автогенераторов . Применение RC-четырехполюсников вызвано тем, что LC-контуры на таких частотах становятся громоздкими, а такой электрический параметр, как добротность, ниже необходимых требований. С помощью RC-автогенераторов можно получать колебания и высокой частоты вплоть до 10 МГц, однако преимущества RC-автогенераторов проявляются именно на низких и инфранизких частотах. В этом частотном диапазоне за счет применения резисторов и конденсаторов RC-автогенераторы обладают более высокой стабильностью, имеют меньшие габариты, массу и стоимость, чем LC-автогенераторы, Для создания RC-автогенераторов широко используют биполярные транзисторы, а в последнее время полевые транзисторы и операционные усилители в интегральном исполнении.

В соответствии со структурной схемой автогенератора, изображенной на рис. 8.1, RC-автогенератор также содержит усилитель (обычно однокаскадный или двухкаскадный) и звено обратной связи, являющееся частотно-зависимой RC-цепью. Как правило, такими частотно-зависимыми цепями являются Г-образные RC-цепи (рис. 8.6, а, б ), мост Вина (рис. 8.6, в ) и двойной Т-образный мост (рис. 8.6, г ).

Рис. 8.6. Частотно-зависимые RC-цепи

RC-автогенератор с Г-образным RC-звеном обратной связи представляет собой однокаскадный усилитель, охваченный положительной обратной связью (рис. 8.7, а ). Как известно, в однокаскадном усилителе без обратной связи входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 180°. Если выходное напряжение этого усилителя подать на его вход, то получится 100 %-ная отрицательная обратная связь. Для соблюдения баланса фаз, т. е. для введения положительной обратной связи в усилителе, выходное напряжение, прежде чем подать его на вход усилителя, необходимо сдвинуть по фазе на 180°. Если считать, что входное сопротивление усилителя очень большое, а выходное очень малое, а этим условиям отвечают в наибольшей степени усилители на полевых транзисторах, то фазовый сдвиг на 180° можно осуществить с помощью трех одинаковых RC-звеньев, каждое из которых изменяет фазу на 60°. Расчеты показывают, что баланс фаз в звене происходит на частоте f 0= 1/(15,4∙ RC), а баланс амплитуд — при коэффициенте усиления усилителя К >= 29.