Генератор с цепью нулевого фазового сдвига

 

Из множества возможных цепей нулевого фазового сдвига широкое распространение получила цепь Вина (рисунок 9.2).

 

Рисунок 9.2 - Цепь Вина

 

Выходное напряжение этой цепи U₂ имеет максимум на некоторой частоте f_Г, а фазовый сдвиг его относительно напряжения U₁ равен нулю. Это видно из амплитудно-частотной и фазовой характеристик (рисунок 9.3).

 

Рисунок 9.3 - Амплитудно-частотная (а)

и фазовая (б) характеристики цепи Вина

 

Коэффициент обратной связи c, задаваемый этой цепью при R₁=R₂=R; C₁=C₂=C определяется как

. (9.5)

 

Частоту генерации можно найти из баланса фаз, учитывая, что если фазовый сдвиг равен нулю, то коэффициент обратной связи должен быть числом действительным. Из этого следует

 

; (9.6)

 

. (9.7)

 

Из последних выражений видно, что на частоте генерации .

Возникновение колебаний возможно только при выполнении баланса амплитуд, следовательно, усилитель должен быть неинвертирующим () и иметь коэффициент усиления К=3.

Схема усилителя приведена на рисунке 9.4. Генератор состоит из неинвертирующего усилителя и цепи нулевого фазового сдвига.

Рисунок 9.4 - Схема генератора с цепью нулевого фазового сдвига

 

Необходимый коэффициент усиления усилителя легко получить, выбрав резисторы и в соответствии с выражением

 

. (9.8)

 

Кроме того, важно обеспечить стабильность коэффициента усиления, так если К<3, то наблюдается срыв колебаний, а при K>3 – искажения формы выходного напряжения. В последнем случае синусоида выходного напряжения будет ограничена уровнями напряжений насыщения, близкими к напряжениям питания операционного усилителя.

Для получения устойчивых колебаний с минимальными искажениями вводится нелинейная обратная связь. С этой целью к резистору в цепи обратной связи добавляют последовательно или параллельно два диода, включенные встречно-параллельно (рисунок 9.5).

Рисунок 9.5 - Цепь обратной связи с последовательным (а) и параллельным (b) включением диодов

Их динамическое сопротивление зависит от тока, протекающего в цепи обратной связи; при увеличении напряжения на выходе генератора динамическое сопротивление уменьшается, что и приводит к снижению коэффициента усиления К до минимально необходимого для устойчивой работы генератора.