МОСТОВОЙ RC-ГЕНЕРАТОР СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ С МОСТОМ ВИНА ВВЕДЕНИЕ Эти генераторы отличаются от релаксационных тем, что в их состав входят электрические цепи или компоненты, обладающие резонансными свойствами. Благодаря им условие возникновения автоколебаний (к у ³ 1, j пот =0.2 p ) выполняется только в узкой полосе частот. Компоненты с резонансными свойствами или соответствующие резонансные цепи могут быть установлены в межкаскадных цепях усилителя или в цепях, создающих положительную или отрицательную обратную связь. Причем параметры выбирают так, чтобы условия возникновения выполнялись только в узкой полосе частот D ¦ при всех колебания усилителя и цепи ООС В диапазонах низких, звуковых и радиочастот в качестве резонансных цепей и компонентов применяют RC-цепи, LC-контуры, кварцевые резонаторы, электромеханические колебательные системы (например, камертоны и др.) Избирательные RC-цепи имеют сравнительно пологие фазо- и амплитудно-частотные характеристики петлевого усиления. Поэтому, если коэффициент усиления больше единицы, даже на небольшую величину, условия возникновения автоколебаний выполняются в сравнительно широкой полосе частот D ¦ . При этом форма выходного сигнала существенно отличается от синусоидальной. Поэтому у автогенераторов с резонансными RC-цепями (RC-генераторов) приходится вводить дополнительные цепи автоматического регулирования коэффициента усиления В RC-генераторах выходное напряжение практически повторяет форму тока, создаваемого усилителем Для RC-генераторов характерны: Простота реализации; Дешевизна; низкие массо-габаритные показатели; Диапазон частот автоколебаний от долей герц до нескольких сотен килогерц Недостатки: Невысокая стабильность частоты; Существенные искажения формы автоколебаний (К г >10.5%) Аннотация Разрабатываемый в данной курсовой работе прибор предназначен выполнять функцию генерации синусоидальных колебаний. В генераторе обеспечена автоматическая регулировка уровня усиления колебаний. Применение высокоточного (прецизионного) усилителя обеспечивает высокую точность и хорошую стабильность работы схемы генератора. Большое внимание уделено описанию принципа работы схемы генератора синусоидальных колебания с мостом Вина. Разработка подобных генераторов на современной элементной базе является весьма перспективным направлением в электронике The instrument, developed in the given course operation, is intended to execute the function of generation of sine wave oscillations. In the generator the automatic adjustment of a level of amplification of oscillations is supplied. The application precision of the amplifier provides high accuracy and good stability of operation of the circuit of the generator. The large attention is given to the description of a principle of operation of the circuit of the generator of a sine wave oscillation with the bridge Fault. The development of similar generators on modern element base is a rather perspective direction in electronics 3. Выбор, обоснование и описание работы схемы электрической принципиальной генератора с мостом Вина Как известно, частота автоколебаний в таком генераторе определяется формулой (1), а затухание в частотно-зависимой ветви обратной связи на частоте ¦ 0 Для улучшения формы кривой выходного напряжения частотно-независимую ветвь ООС в мосте Вина обычно выполняют инерционно-нелинейной. [4] Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом амплитуды сигнала уменьшается сопротивление R 3 или увеличивается сопротивление R 4 . Поэтому в качестве R 3 используется полупроводниковый терморезистор. В качестве инерционно-нелинейного резистора применяют переход сток-исток полевого транзистора, на затвор которого подают выпрямленное и сглаженное выходное напряжение генератора В устройстве реализована двухступенчатая цепь ООС. Первая ступень: резистор R 3 и полевой транзистор, вторая ступень: резисторы R 4 , R 5 При в устройстве возникают автоколебания, частота которых определяется формулой (1). Обычно используют в частотно-зависимой ветви моста Вина R 1 =R 2 =R, C 1 =C 2 =C, а частоту автоколебаний: f 0 =1/(2 p RC) , причем автоколебания возникают при условии, что коэффициент усиления усилителя, состоящего из ОУ и резисторов R3, R4, больше чем три, иначе говоря, должно быть выполнено условие R 3 /R 4 >2 Установившиеся автоколебания в замкнутой цепи возможны только при условии точного равенства единице единичного коэффициента петлевого усиления на частоте f 0 . Но, для возникновения автоколебаний нужно, чтобы в начале коэффициент петлевого усиления был более 1. После возникновения автоколебаний их амплитуда стабилизируется в конечном счете на таком уровне, при котором за счет нелинейного элемента в петле коэффициент уменьшается до 1. Если не предпринимать специальных мер, то упомянутая нелинейность проявится в амплитудной характеристике ОУ, в этом случае форма автоколебаний может заметно отличаться от синусоиды Нужный характер нелинейности обеспечивается тогда, когда с ростом амплитуды сигнала падает сопротивление R 3 или растет сопротивление R 4 При построении генераторов с частотно-зависимыми цепями, обеспечивающими на частоте автоколебаний сдвиг фазы, равный p , удобно использовать потенциально-токовые разновидности избирательных цепей. Такие цепи предназначены для использования совместно с усилителями, имеющими малые входное и выходное сопротивление. [2] 4. Описание схемы операционного усилителя и его параметры ОУ 140УД26 [3] К140УД26 - широкополосный прецизионный операционный усилитель со сверхнизким значением входного напряжения шума, высоким коэффициентом усиления напряжения. Внутренняя частотная коррекция отсутствует
Таблица 1 Электрические параметры (при U п = ± 15 В, R Н =2 кОм, Т=+35 ° С) Параметры Буквенное обозначение Режим измерения К140УД26В Единицы измерения
Напряжение смещения U см U п = ± 15 В ± 10 мкВ
Входной ток I вх. U п = ± 15 В ± 100 нА
Разность входных токов D I вх. U п = ± 15 В 75 нА
Ток потребления I пот. U п = ± 15 В 5.7 мА
Коэффициент усиления напряжения К у.U. U п = ± 15 В 7000 тыс.
Максимальное синфазное входное напряжение U вх.сф.макс. T=+25 ° C ± 110 В
Входное сопротивление для дифф. Сигналов R вх. U п = ± 15 В 6 МОм
Выходное сопротивление при разомкнутой цепи ООС R вых. U п = ± 15 В 70 Ом
Частота единичного усиления ¦ 1
20 МГц
Схема построена по двухкаскадной технологии. Первый каскад совмещает исполнение двух функций. Во-первых, функцию дифференциального усилителя с симметричным входом и выходом по усилению разностного входного сигнала. Для подавления синфазного входного напряжения в эмиттерную цепь дифференциального каскада, построенного на составных биполярных транзисторах, включен БТ. Для сравнения привожу схему электрическую принципиальную зарубежного аналога (ОР-37А) отечественного усилителя К140УД26 Малошумящий быстродействующий прецизионный операционный усилитель ОР-37А
Таблица 2 Электрические параметры (при V s =15В, Т А =25 ° С) Электрические параметры Параметры Численное значение Единица измерения
Напряжение смещения (макс.) 25 мкВ
Разность входных токов (макс.) 35 нА
Входной ток (макс.) ± 40 нА
Входное сопротивление для диф-х сигналов 6 МОм
Диапазон входных напряжений ± 110 мкВ
Коэффициент усиления напряжения 250 тыс.
Размах входного напряжения ± 10 В
Входное сопротивление при разомкнутой ООС 70 Ом
Потребляемая мощность (макс.) 140 мВ
Диапазон регулирования напряжения смещения ± 4 мВ
СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ Стабилизированный источник питания вырабатывают два равных выходных напряжения противоположной полярности с малым уровнем пульсаций. Точное равенство положительного и отрицательного выходных напряжений обеспечивается общим источником опорного напряжения и цепью следящей обратной связи. Два операционных усилителя, входящие в состав стабилизатора, питаются его же выходными напряжениями. Выходной ток стабилизатора ограничен максимально допустимыми токами коллекторов транзисторов VT4, VT5 Верхняя часть схемы представляет собой обычный последовательный стабилизатор, формирующий выходное напряжение +15 В. Источником опорного напряжения, поданного на неинвертирующий вход операционного усилителя DА2, является стабилитрон, питающийся выходным стабилизированным напряжением. На инвертирующий вход ОУ DА2 через делитель R6— R8 поступает выходное напряжение стабилизатора. Разностный сигнал ошибки на выходе DА2 управляет составным транзистором VT2, VT4 таким образом, чтобы минимизировать величину ошибки Резистор R1 обеспечивает начальное смещение регулирующего составного транзистора VT1, VT4, а конденсатор С1 предотвращает возникновение паразитной генерации. Для обеспечения заданного выходного тока P составного транзистора VT1, VT4 должно быть не менее 400 Вт. Защитный резистор R3 ограничивает выходной ток ОУ в случае короткого замыкания на выходе. Снижение уровня пульсаций выходного напряжения обеспечивается конденсатором С 3 В друг
