R.C.-generator adalah generator osilasi harmonik, yang di dalamnya terdapat sistem osilasi yang mengandung unsur-unsur L Dan DENGAN, rangkaian resistif-kapasitif digunakan ( R.C.-rangkaian) dengan selektivitas frekuensi.

Pengecualian induktor dari rangkaian dapat secara signifikan mengurangi ukuran dan berat generator, terutama pada frekuensi rendah, karena seiring dengan penurunan frekuensi, dimensi induktor meningkat tajam. Sebuah keuntungan penting R.C.-generator dibandingkan dengan L.C.- generator adalah kemungkinan pembuatannya menggunakan teknologi terintegrasi. Namun R.C.- generator memiliki stabilitas frekuensi osilasi yang rendah karena faktor kualitas yang rendah R.C.-sirkuit, serta bentuk osilasi yang buruk karena buruknya penyaringan harmonik yang lebih tinggi dalam spektrum osilasi keluaran.

R.C.-generator dapat beroperasi dalam rentang frekuensi yang luas (dari pecahan hertz hingga puluhan megahertz), tetapi telah diterapkan dalam peralatan komunikasi dan teknologi pengukuran terutama pada frekuensi rendah.

Dasar teori R.C.-generator dikembangkan oleh ilmuwan Soviet V.P. Aseev, K.F. Teodorchik, E.O.

R.C.- generator biasanya mencakup penguat pita lebar yang terbuat dari tabung, transistor atau sirkuit terpadu dan R.C.-rantai masukan, yang memiliki sifat selektif dan menentukan frekuensi osilasi. Penguat mengkompensasi kehilangan energi pada elemen pasif dan memastikan bahwa kondisi amplitudo untuk eksitasi sendiri terpenuhi. Rangkaian umpan balik memastikan bahwa kondisi fase eksitasi diri terpenuhi hanya pada satu frekuensi. Berdasarkan jenis rangkaian umpan balik R.C.-generator dibagi menjadi dua kelompok:

dengan pergeseran fasa nol di sirkuit umpan balik;

dengan pergeseran fasa pada rangkaian umpan balik sebesar 180.

Untuk memperbaiki bentuk osilasi yang dihasilkan di R.C. generator menggunakan elemen yang memiliki nonlinier, yang membatasi peningkatan amplitudo osilasi. Parameter elemen tersebut berubah tergantung pada amplitudo osilasi, dan bukan pada nilai sesaatnya (termistor, resistansinya tergantung pada tingkat pemanasan arus yang melewatinya). Dengan batasan ini, bentuk osilasi tidak berubah; osilasi tetap harmonis meskipun dalam mode stasioner.

Mari kita pertimbangkan kedua jenis tersebut R.C.-generator otomatis.

Osilator mandiri dengan pergeseran fasa 180 pada rangkaian umpan balik.

Generator mandiri seperti itu juga disebut generator mandiri dengan rantai tiga mata rantai. R.C..

Dalam diagram R.C.-osilator dengan pergeseran fasa 180 menggunakan amplifier di rangkaian umpan balik untuk membalikkan fasa tegangan input. Penguat tersebut dapat, misalnya, berupa penguat operasional dengan masukan pembalik, penguat satu tahap, atau penguat multi tahap dengan jumlah tahap pembalik ganjil.

Agar persamaan keseimbangan fasa terpenuhi, rangkaian umpan balik harus memberikan pergeseran fasa OS = 180.

Untuk memperkuat struktur rangkaian umpan balik, kami mereproduksi karakteristik frekuensi fase yang paling sederhana R.C.-tautan (Gbr. 3,4).

Beras. Pilihan 3 R.C.-link dan respons fasenya

Beras. 4 Pilihan R.C.-link dan respons fasenya

Dari grafik jelas salah satu yang paling sederhana R.C.-link memperkenalkan pergeseran fasa tidak melebihi 90. Oleh karena itu, pergeseran fasa sebesar 180 dapat dicapai dengan sambungan bertingkat dari tiga elemen dasar R.C.-tautan (Gbr. 5).

Beras. 5 Sirkuit dan respons fase tiga elemen R.C.-rantai

Elemen R.C.- rangkaian dirancang sedemikian rupa sehingga memperoleh pergeseran fasa 180 pada frekuensi pembangkitan R.C. ditunjukkan pada Gambar 6

Beras. 6 Generator dengan rantai tiga mata rantai R.C.

Generator terdiri dari penguat transistor resistif dan rangkaian umpan balik. Penguat satu tahap dengan emitor bersama menghasilkan pergeseran fasa antara tegangan pada kolektor dan basis K = 180. Oleh karena itu, untuk mencapai keseimbangan fasa, rangkaian umpan balik harus menyediakan OS = 180 pada frekuensi osilasi yang dihasilkan.

Mari kita menganalisis rangkaian umpan balik, yang mana kita akan menyusun sistem persamaan menggunakan metode arus loop.

Memecahkan sistem yang dihasilkan sehubungan dengan koefisien umpan balik, kita memperoleh ekspresi

Dari persamaan tersebut dapat disimpulkan bahwa pergeseran fasa 180 diperoleh jika bernilai nyata dan negatif, yaitu.

oleh karena itu, pembangkitan dimungkinkan pada suatu frekuensi

Pada frekuensi ini modulus koefisien umpan balik

Artinya, untuk membangkitkan osilasi mandiri, koefisien penguat harus lebih besar dari 29.

Tegangan keluaran generator biasanya diambil dari kolektor transistor. Untuk mendapatkan osilasi harmonik, termistor disertakan dalam rangkaian emitor R T dengan koefisien resistansi suhu positif. Ketika amplitudo osilasi meningkat, resistensi R T meningkat dan kedalaman umpan balik negatif pada penguat untuk arus bolak-balik meningkat, dan penguatannya berkurang. Ketika mode osilasi stasioner terjadi ( KE= 1), penguat tetap linier dan tidak terjadi distorsi bentuk arus kolektor.

Osilator mandiri dengan pergeseran fasa nol pada rangkaian umpan balik.

Ciri khas sirkuit R.C.-osilator dengan pergeseran fasa nol pada rangkaian umpan balik adalah penggunaan amplifier di dalamnya yang tidak membalikkan fasa sinyal input. Penguat semacam itu dapat, misalnya, menjadi penguat operasional dengan masukan non-pembalik atau penguat multi-tahap dengan jumlah tahapan pembalik genap. Mari kita pertimbangkan beberapa opsi yang memungkinkan untuk rangkaian umpan balik yang memberikan pergeseran fasa nol (Gbr. 7).

Beras. 7 Opsi untuk rangkaian umpan balik yang menyediakan pergeseran fasa nol

Mereka terdiri dari dua tautan, salah satunya mewakili RC-link dengan pergeseran fasa positif, dan yang kedua – dengan pergeseran fasa negatif. Sebagai hasil penjumlahan respon fasa pada frekuensi tertentu (frekuensi pembangkitan), dapat diperoleh pergeseran fasa sama dengan nol.

Dalam prakteknya, jembatan keseimbangan fasa, atau dengan kata lain jembatan Wien (Gbr. 7c), yang penggunaannya ditunjukkan pada diagram, paling sering digunakan sebagai rangkaian selektif dengan pergeseran fasa nol. R.C.-osilator dengan pergeseran fasa nol, dibuat pada penguat operasional (Gbr. 8).

Beras. 8 R.C.-generator dengan pergeseran fasa nol di sirkuit OS

Dalam rangkaian ini, tegangan dari keluaran penguat disuplai ke masukan non-pembalik melalui rangkaian umpan balik yang dibentuk oleh elemen jembatan Wien. R 1 C 1 dan R 2 C 2. Sirkuit resistif R.R. T membentuk umpan balik lain - negatif, yang dirancang untuk membatasi peningkatan amplitudo osilasi dan mempertahankan bentuk harmoniknya. Tegangan umpan balik negatif diterapkan ke input pembalik penguat operasional. Termistor R T harus memiliki koefisien resistansi suhu negatif.

Penguatan sirkuit umpan balik

harus merupakan besaran nyata dan positif, dan hal ini dimungkinkan jika persamaannya

Dari sini frekuensi osilasi yang dihasilkan ditentukan. Jika R 1 = R 2 =R, C 1 = C 2 = C, Itu

Kondisi amplitudo eksitasi diri pada frekuensi 0 memerlukan pemenuhan pertidaksamaan

Jika ada kesetaraan R 1 = R 2 = R Dan C 1 = C 2 = C memperoleh KE > 3.

Frekuensi osilasi dapat diubah dengan mengubah resistansi R atau kapasitas kapasitor DENGAN, termasuk dalam jembatan Wien, dan amplitudo osilasi diatur oleh hambatan R.

Keuntungan utama R.C.- generator di depan L.C.-generator adalah yang pertama lebih mudah diimplementasikan untuk frekuensi rendah. Misalnya jika pada rangkaian generator dengan pergeseran fasa nol pada rangkaian umpan balik (Gbr. 8) R 1 = R 2 = 1 MOhm, C 1 = C 2 = 1 µF, maka frekuensi yang dihasilkan

.

Untuk mendapatkan frekuensi yang sama L.C.-generator, diperlukan induktansi L= 10 16 Hn pada DENGAN= 1 µF, yang sulit diterapkan.

DI DALAM R.C.- generator, dimungkinkan dengan mengubah nilai kapasitor secara bersamaan DENGAN 1 dan DENGAN 2, dapatkan rentang penyetelan frekuensi yang lebih luas daripada yang terjadi di L.C.-generator. Untuk L.C.-generator

sementara untuk R.C.- generator, dengan DENGAN 1 = DENGAN 2

Untuk kekurangannya R.C.-generator harus dikaitkan dengan fakta bahwa secara relatif frekuensi tinggi mereka lebih sulit untuk diterapkan daripada L.C.-generator. Memang benar, nilai kapasitansi tidak dapat diturunkan di bawah kapasitansi pemasangan, dan penurunan resistansi resistor menyebabkan penurunan penguatan, sehingga sulit untuk memenuhi kondisi eksitasi diri amplitudo.

Sebutkan kelebihan dan kekurangannya R.C.-generator menyebabkan penggunaannya dalam rentang frekuensi rendah dengan koefisien tumpang tindih frekuensi yang besar.

Generator osilasi harmonik disebut perangkat yang menciptakan tegangan sinusoidal bolak-balik tanpa adanya sinyal input. Rangkaian generator selalu menggunakan umpan balik positif.

Osilasi disebut bebas(atau milik mereka sendiri), jika hal itu tercapai karena energi yang awalnya sempurna dengan ketidakhadiran berikutnya pengaruh eksternal ke sistem osilasi (sistem yang berosilasi). Jenis osilasi yang paling sederhana adalah osilasi harmonik - osilasi di mana besaran osilasi berubah seiring waktu menurut hukum sinus (kosinus).

Generator adalah bagian integral dari banyak alat ukur dan bagian terpenting dari sistem otomatis.

Ada generator analog dan digital. Untuk generator harmonik analog, masalah penting adalah stabilisasi otomatis amplitudo tegangan keluaran. Jika rangkaian tidak menyertakan perangkat stabilisasi otomatis, pengoperasian generator yang stabil tidak mungkin dilakukan. Dalam hal ini, setelah terjadinya osilasi, amplitudo tegangan keluaran akan mulai meningkat terus-menerus, dan ini akan mengarah pada fakta bahwa elemen aktif generator (misalnya, penguat operasional) akan memasuki mode saturasi. . Akibatnya tegangan keluaran akan berbeda harmonisa. Skema stabilisasi amplitudo otomatis cukup rumit.

Struktural rangkaian generator ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

IE adalah sumber energi,

UE - penguat,

POS - rangkaian umpan balik positif,

OOS - rangkaian umpan balik negatif,

FC - pembentuk osilasi (rangkaian LC atau rangkaian RC pentahapan).

Oleh metode mendapatkan osilasi generator dibagi menjadi dua kelompok: generator dengan rangsangan eksternal dan generator dengan eksitasi diri. Generator yang tereksitasi secara eksternal adalah penguat daya, yang inputnya disuplai sinyal listrik dari sumber getaran. Generator eksitasi sendiri mengandung pembentuk osilasi; generator seperti itu sering disebut generator otomatis .

Prinsip pengoperasian generator mandiri.

Hal ini didasarkan pada pengisian otomatis energi yang dikeluarkan oleh penggerak osilasi.

Dalam hal ini, hal-hal berikut harus diperhatikan:

-aturan keseimbangan amplitudo- produk penguatan dan koefisien umpan balik harus sama dengan 1.

-aturan keseimbangan fase- Artinya osilasi terjadi pada frekuensi yang sangat spesifik di mana fase-fasenya bertepatan.

Jika kedua kondisi tersebut terpenuhi, osilasi timbul dengan lancar atau tiba-tiba dan secara otomatis dipertahankan pada rentang tertentu. Dengan pergeseran fasa yang besar, osilasi akan saling menghilangkan dan kemudian hilang sama sekali.

Ada banyak jenis rangkaian generator gelombang sinus. Generator untuk frekuensi beberapa puluh kilohertz ke atas mengandung sirkuit LC , dan generator untuk frekuensi rendah, sebagai suatu peraturan, Filter RC .

Rangkaian generator harmonik LC.

Di generator dengan sirkuit LC Kumparan induktif dan kapasitor dengan faktor kualitas tinggi digunakan. Osilator mandiri - pembentuk osilasi - adalah satu atau lebih tahap amplifikasi dengan rangkaian umpan balik bergantung frekuensi positif; Sirkuit umpan balik berisi sirkuit osilasi. Berbagai opsi untuk menyalakan rangkaian osilasi relatif terhadap elektroda perangkat elektronik dimungkinkan: hanya pada masukan, hanya pada keluaran, atau secara bersamaan di beberapa bagian rangkaian. Berdasarkan metode menghubungkan elemen LC ke elektroda elemen penguat, kopling transformator dibedakan dan apa yang disebut kopling tiga titik - induktif atau kapasitif. Sebuah generator mandiri dengan kopling transformator ditunjukkan pada Gambar. 1.

Beras. 1. Autogenerator-pembentuk osilasi sinusoidal dengan kopling transformator.

Rangkaian osilasi, terdiri dari kumparan Lk dan kapasitor C, merupakan beban kolektor transistor V1. Kopling induktif antara keluaran dan masukan penguat disediakan oleh kumparan Lb yang dihubungkan ke basis transistor. Elemen R1, R2, Re, Se dirancang untuk menyediakan mode operasi yang diperlukan DC dan stabilisasi termalnya.

Berkat kapasitor C1, yang memiliki resistansi rendah pada frekuensi pembangkitan, rangkaian dibuat untuk komponen arus bolak-balik antara basis dan emitor transistor. Titik-titik menunjukkan permulaan belitan Lb dan Lk, karena kondisi keseimbangan fasa harus dipenuhi. Kondisi keseimbangan fase diamati jika masuknya energi terjadi serentak dengan perubahan tanda tegangan pada rangkaian; misalnya pada kaskade dengan transistor yang dihubungkan menurut rangkaian OE, fasa-fasa sinyal masukan dan keluaran saling bergeser sebesar 180° C. Oleh karena itu, ujung-ujung kumparan Lb harus dihubungkan agar osilasi masukan dan keluaran berada dalam fase. Kondisi keseimbangan amplitudo adalah rugi-rugi pada rangkaian dan beban secara terus menerus diisi ulang oleh sumber listrik.

Beras. 1a. Pengoperasian generator otomatis. Proses sementara.

Operasi anti-generator(Gbr. 1a) dimulai ketika sumber Ek dihidupkan. Pulsa arus awal membangkitkan osilasi di rangkaian LcC dengan frekuensi , yang bisa berhenti karena hilangnya energi panas pada resistansi aktif kumparan dan kapasitor. Tetapi karena terdapat kopling induktif antara kumparan Lb dan Lk dengan koefisien induktansi timbal balik M, pada rangkaian dasar akan ada arus bolak-balik , bertepatan dalam fase dengan arus rangkaian kolektor (kondisi keseimbangan fase dipastikan dengan penyertaan rasional ujung belitan Lb). Osilasi yang diperkuat ditransmisikan dari rangkaian lagi ke rangkaian dasar, dan amplitudo osilasi secara bertahap meningkat, mencapai nilai tertentu.

Beras. 2. Generator osilasi sinusoidal berdasarkan rangkaian osilasi yang dirangkai menggunakan rangkaian induktif tiga titik (a) dan kapasitif (b).

Autogenerator dirakit sesuai dengan skema tiga poin, ditunjukkan pada Gambar. 2, sebuah. Rangkaian osilasi, terdiri dari kumparan Lk dan kapasitor Sk, merupakan beban transistor V1. Kumparan Lk dibagi menjadi dua bagian: salah satu terminalnya dihubungkan ke kolektor, yang kedua ke basis transistor; energi disuplai ke salah satu lilitan tengah kumparan ini. Koneksi ini memastikan keseimbangan fase dan sangat sederhana serta dapat diandalkan. Mode operasi DC transistor dan stabilisasi termalnya dilakukan menggunakan elemen yang sama seperti pada rangkaian generator transformator (lihat Gambar 1). Rangkaian tiga titik kapasitif (Gbr. 2,b) berisi dua kapasitor di cabang kapasitif dari rangkaian osilasi, titik tengah di antaranya dihubungkan ke emitor transistor V1. Rangkaian osilasi dihubungkan secara seri antara sumber energi dan UE. Tegangan pada kapasitor memiliki polaritas yang berlawanan relatif terhadap titik persekutuan, yang menjamin terpenuhinya kondisi keseimbangan fasa.

Rangkaian generator osilasi harmonik RC.

Osilator RC digunakan untuk menghasilkan osilasi frekuensi infra-rendah dan rendah (dari pecahan hertz hingga beberapa puluh kilohertz); Generator RC dapat menghasilkan osilasi pada frekuensi yang lebih tinggi, namun osilasi frekuensi rendah lebih stabil.

Beras. 3. Autogenerator osilasi sinusoidal dengan target link RC berbentuk L (a) dan tipe jembatan (b).

Osilator RC terdiri dari penguat (tahap tunggal atau multi) dan rangkaian umpan balik yang bergantung pada frekuensi. Rangkaian umpan balik dibuat dalam bentuk rangkaian RC “tangga” (Gbr. 3, a) atau jembatan (Gbr. 3, b).

Osilator RC dengan multi-tautan Rangkaian umpan balik RC ditunjukkan pada Gambar. 3, sebuah. Tiga rangkaian pentahapan R1C1-R3C3 yang dihubungkan seri, dihubungkan antara keluaran dan masukan tahap penguat, membentuk rangkaian umpan balik positif dengan sifat penyaringan. Ini mendukung proses osilasi hanya pada satu frekuensi tertentu; Tanpa elemen RC, penguat satu tahap akan memiliki umpan balik tegangan negatif. Kondisi keseimbangan fasa Hasilnya adalah masing-masing tautan RC memutar fase sinyal dengan sudut 60°, dan sudut pergeseran total adalah 180°. Kondisi keseimbangan amplitudo dipenuhi dengan memilih penguatan tahap yang sesuai.

Generator otomatis dengan filter RC tipe jembatan ditunjukkan pada Gambar. 3,b. Dua lengan jembatan - tautan R1C1 dan R2C2 - dihubungkan ke input non-pembalik penguat 2 (angka di dalam segitiga menunjukkan jumlah tahapan). Tautan ini membentuk rantai PIC. Diagonal lain dihubungkan ke input pembalik dari penguat yang sama, terdiri dari elemen nonlinier R3 dan R, yang membuat sirkuit OOS. Dalam rangkaian ini, jembatan memiliki sifat selektif dan kondisi keseimbangan fasa dipastikan pada satu frekuensi (di mana sinyal keluaran jembatan sefasa dengan masukan). Penyesuaian frekuensi pada osilator mandiri ini sederhana dan nyaman, dan dapat dilakukan dalam rentang frekuensi yang sangat luas. Hal ini dilakukan dengan mengubah resistansi kedua resistor atau kapasitansi kedua kapasitor jembatan.

Kelemahan umum dari semua generator adalah sensitivitas frekuensi yang dihasilkan terhadap perubahan tegangan suplai, suhu, dan “penuaan” elemen rangkaian.

Yang paling luas adalah dua jenis rantai pemindah fasa: yang disebut rantai tangga (Gambar 3, a, b) dan jembatan Wien (Gambar 3, c).

Beras. 3. Tiga tautan RC sirkuit (a, b) dan diagram jembatan Wien (c)

Rantai tangga mewakili sambungan seri yang biasanya terdiri dari tiga R.C. tautan, yang masing-masing memiliki elemen identik ( R 1 = R 2 = R 3 = R Dan C 1 = C 2 = C 3 = C ) memberikan pergeseran fasa sinyal sebesar 60°. Akibatnya tegangan keluaran akan bergeser 180° terhadap tegangan masukan. Bergantung pada elemen rantai mana yang final, mereka diberi nama DENGAN -paralel (Gambar 3,a), atau R -paralel (Gambar 3,b). Untuk membangkitkan osilasi, penguat juga harus memiliki pergeseran fasa 180°, yaitu. itu pasti terbalik. Rangkaian tangga harus dihubungkan ke input pembalik penguat.

Frekuensi generator ditentukan oleh konstanta waktu R.C. rantai. Frekuensi osilasi sinusoidal yang dihasilkan untuk rangkaian ini, disediakan R 1 = R 2 = R 3 = R Dan C 1 = C 2 = C 3 = C dihitung menggunakan rumus berikut:

Untuk sirkuit DENGAN -paralel

untuk sirkuit R -paralel

Untuk memastikan keseimbangan amplitudo, penguatan penguat harus sama dengan atau melebihi redaman yang ditimbulkan oleh rangkaian pemindah fasa yang melaluinya tegangan keluaran disuplai ke masukan penguat. Perhitungan menunjukkan bahwa untuk rangkaian di atas redamannya sama dengan 210. Akibatnya, rangkaian yang menggunakan rantai pemindah fasa tiga tautan dengan tautan yang identik dapat menghasilkan osilasi sinusoidal dengan frekuensi hanya jika penguatan penguat melebihi 210. Jembatan Wien (rantai) (Gambar 3 ,c) terdiri dari dua RC tautan Tautan pertama terdiri dari sambungan seri R Dan DENGAN dan memiliki resistensi

Tautan kedua terdiri dari koneksi paralel sama R Dan DENGAN dan memiliki resistensi

Koefisien transmisi tautan umpan balik positif ditentukan oleh ekspresi

dari mana setelah substitusi Z1 Dan Z2 , kita akan menemukannya

Jika syaratnya terpenuhi

maka pergeseran fasa akan menjadi nol, dan .

Dalam hal ini, frekuensi generator dapat ditentukan dengan rumus

Dengan demikian, jembatan Wien pada frekuensi “quasi-resonance” tidak menimbulkan pergeseran fasa dan memiliki redaman sebesar 1/3. Oleh karena itu, jembatan Wien harus dimasukkan dalam rangkaian umpan balik positif dari penguat yang penguatan rangkaian terbukanya adalah sistem operasi harus minimal 3. Penggunaan rangkaian penguat satu tahap dalam hal ini tidak mungkin. Dalam tahap common emitter atau common source, terjadi pergeseran fasa antara sinyal input dan output 180° , yang menghalangi penggunaannya, karena dalam hal ini, kondisi keseimbangan fasa dilanggar. Sirkuit dengan kolektor bersama atau sumber bersama, meskipun tidak membalikkan fase sinyal, memiliki koefisien penguatan tegangan kurang dari satu, sehingga tidak mungkin memenuhi kondisi keseimbangan amplitudo. Tahap penguat dengan basis bersama atau gerbang bersama memiliki resistansi masukan yang sangat rendah, yang ketika umpan balik dimasukkan, akan memotong keluarannya, sehingga mengurangi koefisien transmisinya. Oleh karena itu, pemenuhan kondisi keseimbangan tersebut ternyata sangat sulit. Oleh karena itu, ketika membangun generator menggunakan elemen diskrit, digunakan penguat dua tahap.

Cara termudah untuk membangun generator adalah di jembatan Wien menggunakan penguat operasional. Ada rantai di dalamnya POS dihasilkan oleh jembatan Wien dapat dihubungkan ke input langsung non-pembalik, dan penguatan yang diinginkan dapat diatur oleh pembagi resistif di rangkaian OOC, terhubung ke input pembalik (Gambar 4).

Beras. 4. Berbasis generator kamu

Rasio resistor dalam suatu rangkaian OOC, memastikan terpenuhinya kondisi keseimbangan amplitudo harus memenuhi hubungan sejak penguatan sinyal yang disuplai ke masukan non-pembalik adalah satu lebih besar dari rasio resistor yang ditunjukkan.

Generator RC termasuk dalam kelas sistem osilasi mandiri

tipe relaksasi. Elemen utama dari generator tersebut adalah

penguat dan tautan aperiodik yang terdiri dari resistor dan

kapasitor. Tidak memiliki rangkaian osilasi, misalnya

generator, bagaimanapun, memungkinkan untuk mendapatkan osilasi yang mendekati bentuknya

harmonis. Namun, dengan regenerasi sistem yang kuat, saat digunakan

pada dasarnya area nonlinier dari karakteristik penguat, bentuk osilasi,

karena tidak adanya rangkaian osilasi, ia sangat terdistorsi. Itu sebabnya

generator harus beroperasi ketika ambang batas sedikit terlampaui

eksitasi diri.

Keuntungan utama generator tipe RC adalah kesederhanaan dan

dimensi kecil. Keuntungan ini terutama terlihat ketika

menghasilkan frekuensi rendah. Untuk menghasilkan frekuensi orde 100 Hz in

Generator LC (generator Thomson) tentu memerlukan jumlah yang sangat besar

nilai induktansi dan kapasitansi

Bab sebelumnya membahas osilator LC. Mereka digunakan pada frekuensi tinggi. Jika perlu untuk menghasilkan frekuensi rendah, penggunaan generator LC menjadi sulit. Mengapa? Semuanya sangat sederhana. Karena rumus untuk menentukan frekuensi pembangkitan osilasi adalah sebagai berikut:

maka mudah untuk melihat bahwa untuk mengurangi frekuensi perlu meningkatkan kapasitansi dan induktansi rangkaian. Dan peningkatan kapasitansi dan induktansi secara langsung menyebabkan peningkatan dimensi keseluruhan. Dengan kata lain, dimensi konturnya akan sangat besar. Dan dengan stabilisasi frekuensi, segalanya akan menjadi lebih buruk.

Oleh karena itu, mereka menciptakan osilator mandiri RC, yang akan kita bahas di sini.

Generator RC yang paling sederhana adalah apa yang disebut rangkaian dengan rangkaian pentahapan tiga fasa, yang disebut juga rangkaian dengan elemen reaktif bertanda sama. Hal ini ditunjukkan pada Gambar. 1.

Beras. 1 - Osilator RC dengan rantai pemindah fasa

Dari diagram terlihat jelas bahwa ini hanyalah sebuah penguat, antara keluaran dan masukannya dihubungkan suatu rangkaian yang membalikkan fasa sinyal sebesar 180º. Rangkaian ini disebut rangkaian pemindah fasa. Rantai pemindah fasa terdiri dari elemen C1R1, C2R2, C3R3. Dengan menggunakan satu rantai rezik dan conder, Anda bisa mendapatkan pergeseran fasa tidak lebih dari 90º. Kenyataannya, pergeserannya mendekati 60º. Oleh karena itu, untuk memperoleh pergeseran fasa 180º harus dipasang tiga rantai. Dari keluaran rangkaian RC terakhir, sinyal disuplai ke basis transistor.

Pengoperasian dimulai saat sumber listrik dihidupkan. Pulsa arus kolektor yang dihasilkan mengandung spektrum frekuensi yang luas dan kontinu, yang tentunya akan memuat frekuensi pembangkitan yang diperlukan. Dalam hal ini, osilasi frekuensi yang disetel oleh rangkaian pemindah fasa akan menjadi tidak teredam. Untuk osilasi frekuensi lain, kondisi eksitasi diri tidak akan terpenuhi dan karenanya akan cepat meluruh. Frekuensi osilasi ditentukan dengan rumus:

Dalam hal ini, kondisi berikut harus dipenuhi:

R1=R2=R3=R
C1=C2=C3=C

Generator tersebut hanya dapat beroperasi pada frekuensi tetap.

Selain generator yang dipertimbangkan menggunakan sirkuit pemindah fasa, ada opsi lain yang menarik, yang paling umum. Mari kita lihat gambar. 2.

Beras. 2 - Filter bandpass RC pasif dengan pembagi frekuensi-independen

Jadi, struktur inilah yang disebut Jembatan Wien-Robinson, meskipun nama paling umum hanyalah Jembatan Wien. Beberapa orang yang lebih terpelajar menulis jembatan Wien dengan dua "n".

Sisi kiri desain ini adalah filter bandpass RC pasif, pada titik A tegangan keluaran dihilangkan. Sisi kanan tidak lebih dari pembagi frekuensi-independen. Secara umum diterima bahwa R1=R2=R, C1=C2=C. Maka frekuensi resonansi akan ditentukan oleh ekspresi berikut:

Dalam hal ini, modulus penguatan maksimum dan sama dengan 1/3, dan pergeseran fasa adalah nol. Jika rasio pembagi sama dengan rasio transmisi filter bandpass, maka pada frekuensi resonansi tegangan antara titik A dan B akan menjadi nol, dan respon fasa pada frekuensi resonansi melonjak dari -90º ke +90º. Secara umum, kondisi berikut harus dipenuhi:

Tentu saja, semuanya, seperti biasa, dianggap dalam kasus ideal atau mendekati ideal. Kenyataannya, seperti biasa, situasinya sedikit lebih buruk. Karena setiap elemen nyata jembatan Wien memiliki penyebaran parameter tertentu, bahkan sedikit kegagalan untuk memenuhi kondisi R3 = 2R4 akan menyebabkan peningkatan amplitudo osilasi hingga penguat jenuh, atau redaman sebesar osilasi atau ketidakmungkinan totalnya.

Untuk memperjelasnya, kami akan memasukkan tahap amplifikasi ke jembatan Wien. Untuk mempermudah, mari kita pasang penguat operasional (op-amp).

Beras. 3 - Generator paling sederhana dengan Jembatan Wien

Secara umum, skema ini tidak dapat digunakan dengan cara ini, karena bagaimanapun juga akan ada penyebaran parameter jembatan. Oleh karena itu, alih-alih resistor R4, beberapa jenis resistansi nonlinier atau terkontrol diperkenalkan. Misalnya, resistor nonlinier, resistansi yang dikontrol menggunakan transistor, baik efek medan maupun bipolar, dan omong kosong lainnya. Sangat sering, resistor R4 di jembatan diganti dengan lampu pijar berdaya mikro, yang resistansi dinamisnya meningkat seiring dengan meningkatnya amplitudo arus. Filamen memiliki inersia termal yang cukup besar, dan pada frekuensi beberapa ratus hertz praktis tidak mempengaruhi pengoperasian rangkaian dalam satu periode.

Generator dengan jembatan Wien memiliki satu sifat yang baik: jika resistor R1 dan R2 diganti dengan resistor variabel, tetapi hanya resistor ganda, maka frekuensi pembangkitan dapat diatur dalam batas tertentu. Dimungkinkan juga untuk membagi kondensor C1 dan C2 menjadi beberapa bagian, kemudian dimungkinkan untuk mengganti rentang, dan menggunakan resistor variabel ganda untuk mengatur frekuensi dalam rentang dengan lancar. Untuk yang berada di dalam tangki, rangkaian generator jembatan Wien yang hampir praktis ditunjukkan pada Gambar 4.

Beras. 4 - Generator RC dengan jembatan Wien

Jadi, jembatan Wien dibentuk oleh konder C1-C8, resonansi ganda R1 dan refleks R2R3. Sakelar SA1 memilih rentang, kenop R1 memungkinkan penyesuaian halus pada rentang yang dipilih. Op-amp DA2 merupakan pengikut tegangan untuk pencocokan dengan beban.

Saat ini, jenis utama generator gelombang sinus elektronik adalah osilator LC, osilator kristal, dan osilator RC.
Generator LC menggunakan rangkaian osilasi yang terdiri dari kapasitor dan induktor, dihubungkan secara paralel atau seri, yang parameternya menentukan frekuensi osilasi. Generator LC digunakan terutama pada rentang frekuensi radio. Pada frekuensi (suara) rendah, akan lebih mudah menggunakan generator RC, yang menggunakan rangkaian resistif-kapasitif untuk mengatur frekuensi osilasi.

Generator gelombang sinus LC.

Jenis utama osilator LC adalah osilator Hartley dan osilator Colpitts.

pembangkit Hartley.

Di generator Hartley, atau disebut juga rangkaian ini - tiga titik induktif Umpan balik positif yang diperlukan untuk terjadinya osilasi diambil dari keran induktor (L1 - L2) dari rangkaian osilasi.

Generator Colpitt.

Dalam generator Colpitts (kapasitif tiga titik) umpan balik positif dihilangkan dari titik tengah kapasitansi komposit (C1 - C2) dari rangkaian osilasi. Generator Colpitts lebih stabil dibandingkan generator Hartley dan lebih umum digunakan. Ketika stabilitas tinggi diperlukan, osilator kristal digunakan.

Kuarsa merupakan material yang mampu mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dan sebaliknya. Jika tegangan bolak-balik diterapkan pada kristal kuarsa, ia akan mulai berosilasi seiring dengan frekuensinya. Setiap kristal memiliki frekuensi resonansinya sendiri, bergantung pada ukuran dan strukturnya. Semakin dekat frekuensi tegangan yang diberikan dengan frekuensi resonansi, semakin tinggi intensitas osilasinya. Untuk membuat resonator kuarsa, elektroda logam diaplikasikan pada pelat kristal kuarsa.

Rangkaian osilator kristal Hartley dengan umpan balik paralel.

Kuarsa dihubungkan secara seri ke rangkaian umpan balik. Jika frekuensi rangkaian osilasi menyimpang dari frekuensi kuarsa, hambatan gelombang (impedansi) kuarsa meningkat, mengurangi jumlah umpan balik ke rangkaian osilasi. Sirkuit berosilasi kembali ke frekuensi kuarsa.

Generator tembus.

Rangkaian yang sangat populer karena tidak menggunakan induktor.

Batas atas resonansi kuarsa adalah 25 MHz. Jika osilator stabil diperlukan pada frekuensi yang lebih tinggi, rangkaian Butler digunakan. Rangkaian osilasi disetel ke frekuensi kuarsa atau frekuensi salah satu harmonik ganjil (ketiga atau kelima).

Penggunaan materi apa pun dari halaman ini diperbolehkan asalkan ada link ke situs