Электротехника, электроника и схемотехника (часть 2)

### Тема 2: Элементы и узлы аналоговых устройств

назад | оглавление | вперед

### 2.6: Автогенераторы на интегральных схемах

Автогенераторами называются устройства для генерации электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности за счет использования энергии источников питания. Они находят широкое применение в радиопередающих, радиоприемных и телевизионных устройствах, в измерительной технике, в системах многоканальной связи и др.

Как видно, автогенераторы реализуются на усилителях, охваченных цепями ПОС и ООС. В качестве цепей, задающих частоту генерации, используют частотно-селективные цепи (LC-контуры, RС-цепи и кварцы). Элементы, задающие частоту генерации, включаются в цепь либо ООС, либо ПОС.

В зависимости от формы генерируемых колебаний различают автогенераторы синусоидальных (гармонических) и импульсных сигналов. Ниже рассматриваются основные типы автогенераторов синусоидальных сигналов, реализованные на основе ОУ.

На рис. 2.28, а приведена схема LC-автогенератора. По виду она напоминает схему узкополосного LC-фильтра, однако здесь используется более глубокая ПОС. Баланс фаз обеспечивается наличием в устройстве положительной обратной связи, обеспечиваемой подключением резисторов R2, R3 между выходом и неинвертирующим входом ОУ. Баланс амплитуд достигается правильным выбором сопротивлений резисторов R2, R3, чтобы выполнялось условие .

Здесь под Кu подразумевается масштабный коэффициент усиления Кu = RЭ/R1, где RЭ — сопротивление контура на частоте резонанса. Частота генерации определяется элементами LC-контура и рассчитывается по известной формуле ( .

Для анализа свойств описанного генератора можно воспользоваться соотношениями, представив ОУ высококачественным эквивалентом транзистора с коэффициентом усиления Кu и дифференциальной крутизной SОУ.

Избежать применения индуктивностей, что важно в низкочастотных автогенераторах, позволяет применение селективных RС-цепей. Наибольшее применение в RС-автогенераторах получила так называемая полосовая фазирующая цепь, включенная между выходом и неинвертирующим входом ОУ. На частоте генерации ослабление, вносимое этой цепью A0»3,3, а фазовый сдвиг j0=0. Поэтому используемый способ подключения фазирующей цепи к ОУ обеспечивает выполнение баланса фаз.

Рисунок 2.28.

Для выполнения условия баланса амплитуд усилитель должен скомпенсировать затухание, вносимое фазирующей цепью на частоте генерации. Это просто достичь выбором элементов цепи ООС (резисторов R1 и R2) при условии R2/(Rl + R2) = KOOC = A0. Нетрудно также обеспечить неравенство Kоос»A0, что означает выполнение условия генерации одновременно для многих частот. В этом случае вместо генерации колебаний синусоидальной формы генерируется колебание сложной формы, близкое к прямоугольной. Для обеспечения высокой точности равенства KООС >> А0 схему генератора усложняют узлом автоматической регулировки усиления ОУ.

Если вместо резисторов R фазирующей RС-цепи использовать управляемые напряжением сопротивления, то реализуется генератор с электронной перестройкой частоты. Схема RС-автогенератора с электронной перестройкой частоты приведена на рис. 2.27, в. Здесь в качестве управляемых сопротивлений используется сдвоенный ПТ, у которого проводимость канала GK является линейной функцией управляющего напряжения: . Подставляя это выражение в формулу для расчета частоты генерации, получаем .

При изменении постоянного управляющего напряжения происходит электронная перестройка частоты. Если в качестве управляющего напряжения использовать низкочастотное колебание, то по закону изменения амплитуды этого колебания будет изменяться частота автогенератора, т. е. будет осуществляться частотная модуляция.

Для получения высокой стабильности частоты автогенераторов к элементам LC-контуров и RС-цепей предъявляются жесткие требования как по точности выбора элементов, так и по их температурной стабильности. Нестабильность частоты, достигаемая в обычных LC-генераторах, составляет 10-3 ... 10-4%/°С, RC-генераторов — примерно на порядок ниже.

Гораздо лучшие показатели стабильности частоты обеспечивают кварцевые генераторы. Схема кварцевого генератора приведена на рис. 2.28, г. Здесь кварц используется в качестве эквивалентной индуктивности. Он образует с емкостью конденсатора С последовательный колебательный контур, имеющий на частоте резонанса минимальное сопротивление. Следовательно, на этой частоте ПОС достигает максимума и возникает генерация. Для стабилизации режима усилитель охвачен глубокой ООС по постоянному напряжению. Для облегчения выполнения условия баланса амплитуд ООС на частоте генерации устраняется правильным выбором емкости конденсатора С1. Для этого необходимо выполнение условия Xcl=1/(2pf0Cl)<<R. В термостатированных кварцевых генераторах достигается нестабильность частоты порядка 10-8 %/°С.

назад | оглавление | вперед