Синусоидальные генераторы
Генератор - это электронная схема, вырабатывающая периодический сигнал. Если генератор производит синусоидальные колебания, это называетсяsinusoidal oscillator. Он преобразует входную энергию от источника постоянного тока в выходную энергию переменного тока периодического сигнала. Этот периодический сигнал будет иметь определенную частоту и амплитуду.
В block diagram синусоидального генератора показан на следующем рисунке -
Приведенный выше рисунок в основном состоит из two blocks: усилитель и сеть обратной связи. Сеть обратной связи принимает часть выхода усилителя в качестве входа к нему и выдает сигнал напряжения. Этот сигнал напряжения подается на вход усилителя.
Блок-схема синусоидального генератора, показанная выше, производит синусоидальные колебания, когда следующие two conditions довольны -
В loop gain $ A_ {v} \ beta $ приведенной выше блок-схемы синусоидального генератора должно быть больше или равно unity. Здесь $ A_ {v} $ и $ \ beta $ - коэффициент усиления усилителя и коэффициент усиления цепи обратной связи соответственно.
Общая phase shift вокруг контура приведенной выше блок-схемы синусоидального генератора должны быть либо 00 или же 3600.
Два вышеуказанных условия вместе называются Barkhausen criteria.
Осцилляторы на базе операционных усилителей
Есть two типы генераторов на базе операционных усилителей.
- Генератор сдвига фаз RC
- Генератор моста Вина
В этом разделе подробно обсуждается каждый из них.
RC-фазовый генератор
Генератор на базе операционного усилителя, который вырабатывает синусоидальный сигнал напряжения на выходе с помощью инвертирующего усилителя и цепи обратной связи, известен как RC phase shift oscillator. Эта сеть обратной связи состоит из трех каскадных RC-секций.
В circuit diagram RC-генератора с фазовым сдвигом показан на следующем рисунке -
В приведенной выше схеме операционный усилитель работает в inverting mode. Следовательно, он обеспечивает фазовый сдвиг 180 0 . Сеть обратной связи, представленная в вышеупомянутой схеме, также обеспечивает фазовый сдвиг 180 0 , поскольку каждая RC-часть обеспечивает фазовый сдвиг 60 0 . Следовательно, приведенная выше схема обеспечивает полный фазовый сдвиг 360 0 на некоторой частоте.
В output frequency генератора с фазовым сдвигом RC -
$$ f = \ frac {1} {2 \ Pi RC \ sqrt [] {6}} $$
В gain $A_{v}$ инвертирующего усилителя должно быть больше или равно -29,
$$ т.е. - \ frac {R_f} {R_1} \ geq-29 $$
$$ => \ frac {R_f} {R_1} \ geq-29 $$
$$ => R_ {f} \ geq29R_ {1} $$
Итак, мы должны рассматривать значение резистора обратной связи $ R_ {f} $ как минимум в 29 раз больше, чем сопротивление резистора $ R_ {1} $, чтобы на выходе RC-генератора с фазовым сдвигом возникли устойчивые колебания.
Осциллятор моста Вина
Генератор на базе операционного усилителя, который вырабатывает синусоидальный сигнал напряжения на выходе с помощью неинвертирующего усилителя и цепи обратной связи, известен как Wien bridge oscillator.
В circuit diagram генератора моста Вина показан на следующем рисунке -
В схеме, показанной выше для генератора на мосту Вейна, операционный усилитель работает в non inverting mode. Следовательно, он обеспечивает фазовый сдвиг на 00. Таким образом, цепь обратной связи, присутствующая в приведенной выше схеме, не должна обеспечивать какой-либо фазовый сдвиг.
Если сеть обратной связи обеспечивает некоторый фазовый сдвиг, то мы должны balance the bridgeтаким образом, чтобы не было сдвига фаз. Итак, приведенная выше схема обеспечивает полный фазовый сдвиг 0 0 на некоторой частоте.
В output frequency осциллятора моста Вина
$$ f = \ frac {1} {2 \ Pi RC} $$
В gain $A_{v}$ неинвертирующего усилителя должно быть больше или равно 3
$$ т.е. 1 + \ frac {R_f} {R_1} \ geq3 $$
$$ => \ frac {R_f} {R_1} \ geq2 $$
$$ => R_ {f} \ geq2R_ {1} $$
Таким образом, мы должны учитывать значение резистора обратной связи $ R_ {f} $ как минимум в два раза больше сопротивления резистора $ R_ {1} $, чтобы на выходе генератора моста Вина возникли устойчивые колебания.