RC генераторы

Применение генераторов типа RC с колебательными контурами из индуктивности и емкости, рассмотренных выше, усложняется по мере понижения частоты генерируемых колебаний, так как труднб обеспечить необходимое качество контура и осуществлять перестройку частоты генератора, если он работает в широком диапазоне частот: увеличиваются его габариты. В связи с этим большое распространение получили реостатно-емкостные генераторы синусоидальных колебаний (RC генераторы), которые устойчиво работают в широком диапазоне частот (от долей герца до нескольких тысяч килогерц), просты по устройству и малогабаритны.

На рис. 170, а приведена схема RС-генератора, представляющая собой двухкаскадный реостатно-емкостный усилитель с положительной и отрицательной обратной связью. Первая обеспечивает выполнение условий самовозбуждения схемы, а вторая повышает устойчивость ее работы.

При включении схемы на сетке лампы Л1 вследствие флуктуации, возникает переменное напряжение, которое усиливается лампами Л1 и Л2. Так, если потенциал управляющей сетки лампы Л1 стал выше и имеет положительный знак, то нетрудно убедиться, что на выходе схемы, на сопротивлении Rc2, потенциал тоже станет выше. Параллельно сопротивлению Rc2 подключена цепочка обратной связи, состоящая из двух звеньев RC. Совершенно очевидно, что потенциал точки тоже становится выше, т. е. на управляющую сетку лампы Л1 за счет обратной связи, поступает напряжение в фазе с первоначальными флуктуационными колебаниями. Рис. 170. Генераторы типа RC: а — двухкаскадная реостатно-емкостная схема; б — схема с фазовращающей цепочкой; в — векторная диаграмма. Расчет генераторов типа RC

Частота генерируемых колебаний, определяемая цепочкой RC, может быть определена из следующих соображений. Напряжение на выходе усилителя (на сопротивлении  R_c2)

U_вых=U_с1K

где U_с1 — сигнал на входе лампы Л₁; К — коэффициент усиления  усилителя  (влиянием емкости C_с2, пренебрегаем). Напряжение обратной связи, возникающее на управляющей сетке лампы Л₁

где Z_ав — сопротивление цепи между точками а—в; Z_бв— сопротивление цепи между точками б—в.

Генерация возможна лишь при условии, что фазы векторов напряжений U_с1 и U_о.с совпадут, что будет иметь место, если сопротивления Z_ав и Z_бв создадут одинаковый сдвиг по фазе между напряжениями на этих участках и токами. При выполнении этого условия

Z_аб=Z_ав-Z_бв=Z_аве^iφ - Z_бве^iφ

Учитывая, что

ctg φ_аб=RωC

a

ctg φ_ав=1/RωC

то, приравняв правые части последних равенств, получим

откуда можно определить частоту генерируемых колебаний

                                 (295)

Коэффициент обратной связи β, который необходимо обеспечить для самовозбуждения схемы, определяем из соотношения

Следовательно, на вход усилителя необходимо подавать третью часть выходного напряжения, т. е. для обеспечения баланса амплитуд усилитель должен иметь коэффициент усиления К = 3.

Чтобы уменьшить нелинейные искажения, возникающие при такой сильной обратной связи, в схему введена автоматически регулируемая отрицательная обратная связь; цепь ее образуют термистор Т и сопротивление R_к1. С увеличением выходного напряжения ток термистора возрастает, его сопротивление, а стало быть и напряжение на нем, уменьшаются, а напряжение отрицательной обратной связи, образующееся на сопротивлении R_к1, увеличивается. Регулируемая отрицательная обратная связь повышает постоянство напряжения на управляющей сетке лампы Л₁. В схеме имеется также нерегулируемая отрицательная обратная связь по току: на управляющую сетку лампы Л₂ поступает напряжение обратной связи с сопротивления R_к2.

Широкое практическое применение имеют также RС-генераторы с фазовращающей цепочкой. Для поворота фазы выходного напряжения (напряжения на аноде) на 180° в этих схемах используют фазовращатели, в которых вместо лампы, как это имело место в предыдущей схеме, используются цепочки RC. На рис. 170, б приведена схема такого RС-генератора с четырехзвенной фазовращающей цепочкой. Каждое звено ее поворачивает фазу на угол φ = 180/n, где n — число звеньев. В рассматриваемои схеме угол φ = 180/4 = 45°.

Процесс самовозбуждения иллюстрирует векторная диаграмма (рис. 170, в). Переменный анодный ток Iа, появляющийся в схеме вследствие флуктуации, создает на аноде переменное напряжение U_а, находящееся в противофазе с током. Это напряжение приложено к первому звену фазовращающей цепочки R₁C₁, ток в которой опережает напряжение U_R1C1 на 45° и создает на сопротивлении R₁ напряжение U_R1, находящееся в фазе с током. Напряжение U_R1 является входным по отношению к цепочке R₂C₂.

Таким образом, путем постепенного поворота фазы анодного напряжения на сопротивлении R₄ (на сетке лампы) образуется напряжение сигнала, находящееся в противофазе с анодным напряжением, т. е. выполняется условие баланса фаз. Кроме этого, для устойчивой генерации необходимо также, чтобы коэффициент усиления схемы К на частоте генерации был равен или больше коэффициента затухания d фазовращающей цепочки.

Частота генерируемых колебаний определяется по формуле

                        (296)

при коэффициенте усиления усилителя К = 18,4.

Одноламповый RС-генератор имеет малые габариты, прост по устройству, однако обладает рядом недостатков:

• а) незначительное увеличение обратной связи или усиления приводят к резкому искажению формы генерируемых колебаний;
• б) цепочки RC шунтируют анодную нагрузку, в связи с чем часто бывает трудно получить необходимое усиление для самовозбуждения;
• в) затухание фазовращающей цепочки зависит от частоты, поэтому при конструировании генератора, предназначенного для работы в достаточно широком диапазоне частот, в схему приходится вводить нелинейную регулируемую отрицательную обратную связь и автоматическую регулировку усиления.