Генераторы гармонических колебаний на операционном усилителе

Генератором гармонических (синусоидальных) колебаний называется устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и мощности.

Генераторы гармонических колебаний классифицируются по ряду признаков, основными из которых являются частота и способ возбуждения [16].

В зависимости от частоты генераторы подразделяют на низкочастотные (0,01—100 кГц), высокочастотные (0,1—100 МГц), и сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц). По способу возбуждения различают генераторы с независимым внешним возбуждением и генераторы с самовозбуждением, или автогенераторы. Генераторы с независимым внешним возбуждением представляют собой усилители мощности с соответствующим частотным диапазоном, на вход которого подаются сигналы от автогенераторов.

Для получения синусоидальных колебаний на выходе автогенератора должны выполняться определенные условия, называемые условиями самовозбуждения.

Условия самовозбуждения автогенераторов

Структурная схема автогенератора приведена на рис. 10.74.

Автогенератор состоит из усилителя У с коэффициентом усиления К и цепи ПОС с коэффициентом обратной связи (3. Коэффициенты К и [3 являются комплексными величинами, зависящими от частоты.

Как видно из структурной схемы, автогенератор не имеет входа, а его входным напряжением является напряжение обратной связи, снимаемое с цепи ПОС. При этом при включении источника питания на выходе автогенератора будет формироваться переменное напряжение определенной частоты, формы и амплитуды.

Рис. 10.74. Структурная схема автогенератора:

У — усилитель; ПОС — цепь положительной обратной связи Для структурной схемы (см. рис. 10.74) составляем следующую систему уравнений в комплексной форме:

Решая систему уравнений (10.26), имеем:

откуда получаем условия самовозбуждения:

• 1) |ЗЯ = 1 — баланс амплитуд; для получения устойчивых колебаний принимают (ЗЯ > 1;
• 2) |/ + ф = 0°, 360° и т. д. — баланс фаз,

где |/ — угол сдвига фазы при прохождении сигналом цепи ПОС; ф — угол сдвига фазы при прохождении сигналом усилителя.

В генераторах гармонических сигналов цепь ПОС выполняется таким образом, чтобы условия баланса амплитуд и баланса фаз выполнялись только на одной частоте.