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 на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 - Принцип положительной обратной связи

Часть выходного напряжения возвращается через цепь обратной связи к входу усилителя. Если, как это показано на рисунке 9.1 напряжение обратной связи складывается с входным напряжением, обратная связь называется положительной.

Для физического анализа схемы 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

. (9.1)

Решив это уравнение относительно , получим

. (9.2)

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.

, (9.3)

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

. (9.4)

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), =p (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 ()=p.