Генераторы низких частот на ОУ

Амплитудно-частотная характеристика ОУ предполагает их применение для создания генераторов синусоидальных колебаний низких частот. В таких генераторах в качестве элементов с частотно-зависимыми параметрами используются RC-фильтры.

На рис.3.15 приведена схема генератора низких частот на инвертирующем усилителе. В обратную связь генератора включен трехзвенный Г-образный RC-фильтр, представленный на рис.3.16,а.

Рис.3.15. Схема генератора синусоидальных колебаний

низкой частоты, построенного на базе

инвертирующего усилителя

Рис.3.16. Трехзвенный Г-образный RC-фильтр:

а – схема фильтра, б - фазо-частотная (φ_χ )

и амплитудно-частотная (χ) характеристики

Для инвертирующего усилителя величина фазового сдвига φ = π. Тогда согласно условию (2.28) сдвиг фазы в цепи обратной связи должным быть равным φ = π. Максимальный фазовый сдвиг в одном звене Г- образного RC- фильтра составляет π/2. Поэтому для получениянеобходимой величины фазового сдвига π используются три звена. Фазо-частотная характеристика такого фильтра приведена на рис. 3.16, б. В дан-

ном случае частота, соответствующая фазовому сдвигу, равному π, находится внутри полосы пропускания фильтра. При равенстве сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов в каждом звене фильтра рис.3.16, а эта частота определяется как

f = . (3.24)

На рис.3.16,б приведена также частотная зависимость коэффициента передачи трехзвенного Г-образного RC- фильтра. На частоте f , определяемой соотношением (3.24), коэффициент передачи χ = 1/29. Поскольку соотношение (3.5) определяет коэффициент усиления инвертирующего усилителя в линейном режиме, то для обеспечения работы генератора сопротивления резисторов R и R должны удовлетворять неравенству

> 29.

Резистор R , по существу, входит в состав третьего звена фильтра. Поэтому при расчете частоты генератора по соотношению (3.24) необходимо, чтобы сопротивления резисторов

R = R = R = R ║ R .

Г-образный RC- фильтр, не является селективным элементом, выделяющим преимущественную частоту. В результате, в генераторах, построенных по схеме рис.3.15, нельзя рассчитывать на получение высокой стабильности генерируемой частоты.

Рис.3.17. Мост Вина: а – схема, б – амплитудно-частотная (χ) и

фазо-частотная (φ) характеристики

Селективными свойствами обладает RC-фильтр, схема которого представлена на рис.3.17,а, получивший наименование моста Вина. Его амплитудно-частотная и фазо-частотаная характеристики приведены на рис.3.17,б. На квази-резонансной частоте, определяемой при R₁ = R₂ и С₁ = С₂ соотношением

f = , (3.25)

величина коэффициента передачи χ = , а фазовый сдвиг равен нулю.

Если мост Вина включается в цепь обратной связи, то в составе генератора должен использоваться неинвертирующий усилитель. На рис.3.18 приведена схема генератора синусоидальных колебаний, построенного на базе неинвертирующего усилителя рис.3.7, охваченного обратной связью с мостом Вина. Рабочая частота такого генератора определяется соотношением (3.25). Сопротивления резисторов R и R подбираются с учетом работы неинвертирующего усиления в режиме насыщения. Поэтому согласно соотношению (3.8) и условию (2.27)

R > 2R.

Рис.3.18. Схема генератора синусоидальных колебаний

на неинвертирующем усилителе с мостом Вина