Обобщенная структурная схема АГ показана на рис.20. В любом автогенераторе для получения на выходе гармонических колебаний определенной частоты требуется выполнение баланса фаз и баланса амплитуд
Условие баланса фаз выполняется, если в цепи ПОС (положительной ОС) содержится фазосдвигающая цепь, обеспечивающая фазовый сдвиг 180º. Для выполнения этого условия можно включить последовательно три звена RC, каждое из которых обеспечивает фазовый сдвиг 60º.
а) б)
Рис.27 Фазосдвигающие цепи
При равенстве элементов R1 = R2= R3 = R и С1 = С2 = С3 = С
частота автоколебаний рассчитывается по формулам:
f0 = 0.065 / RC (схема 27.а)
f0 = 0.39 / RC (схема 27.б),
где R - в Омах, С - в Фарадах, f0 – в Герцах.
Для обеспечения баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя не должен быть меньше коэффициента передачи цепи обратной связи KOC.
В приведенных схемах KOC = 1 / 29, поэтому KУC ³29 должен быть не менее 29.
Рис. 28. Схема автогенератора RC с трехзвенной фазосдвигающий цепью и
согласующим каскадом
Усилитель собран на транзисторе VT1, его нагрузкой является R3. Фазосдвигающая цепь: С4 – С6, R4 – R6. Резисторы R4 – R6 включены по переменному току параллельно R3 и шунтируют его, уменьшая коэффициент усиления схемы.
Баланс фаз обеспечивается суммой сдвига фаз усилительного каскада транзистора TV1 (1800) и фазосдвигающей цепью С4 – С6, R4 – R6 (1800).
Для разделения выхода фазосдвигающей цепи и входа усилителя между ними включают эмиттерный повторитель на транзисторе VT2, нагрузка которого R9 включена в цепь эмиттера. Эта схема применяется в генераторах фиксированной частоты.
Автогенератор типа RC с мостом Вина
Если усилитель сам сдвигает фазу входного сигнала на 2π (при четном числе каскадов), введение в него положительной ОС обеспечивает генерирование автоколебаний без фазосдвигающей цепи.
Для выделения колебаний требуемой частоты, содержащихся в выходном напряжении, в цепь обратной связи включают четырехполюсник с частотно-избирательными свойствами. Им является мост Вина (рис.30).
Частота, на которой сигналы на входе - U1 и на выходе - U2 совпадают по фазе, определяется по формуле:
f0 = 1 / 2πÖR1R2C1C2
Рис.29. Схема RC АГ с мостом Вина
Рис. 30. Схема моста Вина
Если R1 = R2= R и С1 = С2 = С, формула упрощается: f0 = 1 / 2πRC.
Автогенератор с мостом Вина содержит два транзистора VT1 и VT2. На них собран двухкаскадный резисторный усилитель (рис. 27.5.).
Нагрузка первого каскада R4, второго – R9. Выходное напряжение поступает на вход усилителя через цепь С2R1 C1R3, являющейся одной из ветвей моста Вина. Вторая ветвь образована резисторами R6 и R5 и соединена с входом усилителя через С5 большой емкости.
Схема генерирует колебания около f0, на которой наблюдается баланс моста Вина. Минимальный требуемый коэффициент усиления КУС = 3.
На этой частоте коэффициент обратной связи КОС = 1 / 3.
Двухкаскадный усилитель способен обеспечить КУС >> 3. Поэтому для уменьшения нелинейных искажений в схему введена ООС с помощью элементов R5, R10 и C5, R6.
Частоту колебаний можно менять конденсаторами С1 и С2 или резисторами R1, R3. Диапазон регулировки получается большим и значительно больше того, который можно получить в LC-генераторах.
Если условие самовозбуждения в RC-генераторе выполняется не на одной частоте, а в широком диапазоне частот, выходное напряжение будет представлять последовательность импульсов. Такие генераторы называются импульсными или генераторами релаксационных колебаний. Они не содержат колебательных систем, поэтому стабильность у них хуже, чем у генераторов синусоидальных сигналов.