Недорогой генератор гармонических колебаний со стабильной амплитудой и низкими искажениями

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2019

Moshe Gerstanhaber

EDN

Мультивибратор является распространенной схемой, состоящей из усилителя с положительной и отрицательной обратной связью (Рисунок 1а). При положительном напряжении на выходе потенциал неинвертирующего входа равен ½V+, а потенциал инвертирующего входа увеличивается, стремясь к V+. Когда это напряжение превысит ½V+, выходное напряжение быстро изменится до V–. Напряжение на неинвертирующем входе становится равным ½V–, а на инвертирующем входе начинает уменьшаться, стремясь к V–. Когда напряжение на неинвертирующем входе опустится ниже ½V–, процесс начнет повторяться (Рисунок 1б).

Рисунок 1.	Обычный мультивибратор имеет положительную и отрицательную обратную связь (а). Когда VOUT положительно, VIN– увеличивается, стремясь к V+. Когда VIN– превысит V+/2, напряжение VOUT начинает уменьшаться, стремясь к V– (б).

Для того, чтобы мультивибратор работал, полоса пропускания усилителя должна в 10 раз превышать полосу пропускания пассивной цепи, определяемую ее постоянной времени, поэтому выбирать усилитель надо, исходя из его скорости нарастания. Выходной сигнал имеет форму меандра.

На Рисунке 2а показана схема генератора синусоидальных колебаний. Цепь внешней коррекции, подключенная к выводу 5, обеспечивает равенство полосы единичного усиления усилителя и полосы пропускания пассивной цепи.

Рисунок 2.	Стабильный генератор (а) имеет низкие искажения (б).

Анализ петлевого усиления дает следующее выражение для передаточной функции:

Для выполнения условий, необходимых для поддержания колебаний, то есть, чтобы петлевое усиление равнялось единице, а сдвиг фаз равнялся нулю, следует выбрать

и

Обратная крутизна 1/g_m входного каскада равна 52 Ом. Схема обеспечивает хорошую стабильность амплитуды, поскольку 1/g_m всегда увеличивается с увеличением амплитуды, снижая усиление в контуре. Амплитуда устанавливается соотношением сопротивлений делителя R₂/R₃.

На Рисунке 2б изображена осциллограмма выходного сигнала генератора, работающего на частоте 4 МГц с амплитудой 5 В пик-пик. Для лучшей стабильности частоты конденсатор C₂ можно заменить кварцевым резонатором требуемого номинала, зашунтированным конденсатором небольшой емкости.

Материалы по теме