Generatory - cz.4.

Generatory - generatory sinusoidalne RC

W generatorach sinusoidalnych RC, pracujących w układzie wzmacniacza z dodatnim
sprzężeniem zwrotnym, jako układy ustalające częstotliwość generowanego przebiegu, czyli
zapewniające spełnienie warunku fazy tylko dla wybranej częstotliwości, są stosowane
przesuwniki fazy lub filtry pasmowe RC.

Generator o powyższym schemacie blokowym składa się ze wzmacniacza odwracającego
fazę oraz przesuwnika fazowego RC, którego funkcję może pełnić drabinkowy filtr RC
górno- lub dolnoprzepustowy, odwracający fazę o dalsze 180° lub filtr pasmowo-zaporowy
typu "podwójne T".

W układzie z rysunku poniżej należy natomiast zastosować układ RC nie przesuwający fazy
tylko dla jednej określonej częstotliwości.

Właściwości takie ma np. filtr pasmowoprzepustowy (filtr Wiena), stanowiący dwie gałęzie
rezystancyjno-pojemnościowe układ zwanego mostkiem Wiena. Generatory z obwodami RC
są stosowane w zakresie częstotliwości od części herca do kilkuset kiloherców.

Generatory sinusoidalne RC z mostkiem Wiena

Gałęzie rezystancyjno-pojemnościowe (R

1

, C

1

i R

2

, C

2

) - z poniższego schematu - stanowią

układ filtru pasmowoprzepustowego, nazywanego filtrem Wiena

Jeżeli R

1

= R

2

= R oraz C

1

= C

2

= C, to przy częstotliwości f

0

= 1/(2*pi*RC) nie występuje

przesunięcie fazy miedzy sygnałem wyjściowym u

2

a wejściowym u

1

. Dla tej częstotliwości

(nazywanej guasi-rezonansową) tłumienie sygnału wejściowego przez układ filtru z rysunku
b wynosi: U

2

/U

1

= 1/3. Dzielnik rezystancyjny R

3

i R

4

mostka Wiena jest więc tak dobierany,

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

aby przy częstotliwości f

0

jego napięcie wyjściowe U

2

było równe zeru, czyli R

3

= 2R

4

. Układ

mostka Wiena jest więc filtrem pasmowozaporowym.

Charakterystyki amplitudowa i fazowa układu z rysunku b (pokazane na poniższych
wykresach) przypominają swoim kształtem odpowiednie charakterystyki szeregowego
obwodu rezonansowego LC o bardzo małej dobroci Q.

Dobroć równoważna Q

r

= f

0

/ dfR wynosi bowiem zaledwie 1/3. Jednak w układzie

zmodyfikowanego mostka Wiena (gdy R

3

= (2 + e) R

4

, przy np. e = 0,01) dobroć jest znacznie

większa i nachylenie charakterystyki fazowej w pobliżu częstotliwości f

0

jest bardzo duże

(linia przerywana na powyższych charakterystykach). Układ filtru Wiena włączony w pętlę
sprzężenia zwrotnego wzmacniacza nieodwracającego może więc pełnić funkcję obwodu
ustalającego częstotliwość, przy której jest spełniony warunek fazy (dodatnie sprzężenie
zwrotne). Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza musi być dla tej częstotliwości większe od
3 V/V, aby było możliwe całkowite skompensowanie tłumienia pętli sprzężenia zwrotnego, a
więc jednoczesne spełnienie warunku amplitudy. Stabilne wzmocnienie o takiej wartości
można uzyskać włączając odpowiednio elementy R

3

i R

4

mostka Wiena w obwód ujemnego

sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Przez dobór elementów mostka Wiena można uzyskać
spełnienie warunków generacji.

Generatory z mostkiem Wiena charakteryzują się dobrą stabilnością częstotliwości i
amplitudy oraz małymi zniekształceniami nieliniowymi generowanego sygnału
sinusoidalnego. Mogą być stosowane w zakresie częstotliwości od pojedynczych herców do
kilkuset kiloherców, zależnie od charakterystyki amplitudowej zastosowanego wzmacniacza.
Przestrajanie generatora w szerokim zakresie częstotliwości może być realizowane płynnie za
pomocą podwojonego kondensatora zmiennego (C

1

, C

2

) i skokowo przez dołączanie

rezystorów (R

1

, R

2

) mostka.

Układ generatora z mostkiem Wiena przedstawiono na poniższym rysunku

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Mostek Wiena jest włączony w obwód sprzężenia zwrotnego wzmacniacza dwustopniowego
w konfiguracji WE, a więc przesuwającego fazę o 360°. Elementy R

1

, C

1

, R

2

i C

2

mostka

zapewniają dodatnie sprzężenie zwrotne dla częstotliwości quasi-rezonansowej f

0

, natomiast

elementy R

3

i R

4

mostka, dołączone do emitera tranzystora T

1

, stanowią obwód ujemnego

sprzężenia zwrotnego ustalającego wzmocnienie wzmacniacza (A

u

= 1 + R

3

/R

4

) oraz

stabilizującego częstotliwość i amplitudę generowanego przebiegu. Aby jednak generacja
była możliwa, czyli możliwy był do spełnienia warunek amplitudy, sygnał dodatniego
sprzężenia zwrotnego dla częstotliwości f

0

musi być odpowiednio większy od sygnału

sprzężenia ujemnego. Relacja ta jest spełniona, gdy mostek nie jest zrównoważony, a więc
wartość rezystancji R

3

jest nieco większa od podwójnej wartości rezystancji R

4

(czyli R

3

>

2R

4

).

Aby uzyskać lepszą stabilność temperaturową generatora, zazwyczaj zamiast rezystora R

3

jest

stosowany termistor. Przykład generatora z mostkiem Wiena włączonym w obwód sprzężenia
zwrotnego wzmacniacza operacyjnego przedstawiono na rysunku poniżej.

Elementy R

1

, C

1

, R

2

i C

2

stanowią obwód sprzężenia zwrotnego ustalający warunek fazy dla

częstotliwości f

0

. Warunek amplitudy jest natomiast dobierany stosunkiem rezystorów R

3

i R

4

włączonych w obwód ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacza i ustalających jego
wzmocnienie.

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m