Одним из простейших способов стабилизации амплитуды выходного напряжения RC- генератора при минимальных нелинейных искажениях является введение в него цепи нелинейной обратной связи (НОС). Схема такого генератора представлена на рис. 2.5, (DA1, R1, C1, R2, C2, R4, R3 – генератор с мостом Вина; R5, R6, VD1, VD2 – цепь НОС на диодах). Рассмотрим работу этого генератора. При малых уровнях выходного напряжения диоды VD1, VD2 практически полностью обесточены, поскольку их рабочие точки находятся в зоне нечувствительности вольтамперной характеристики диода. Сопротивления резисторов , , выбираются таким образом, чтобы выполнялось неравенство             

.

(2.10)

При выполнении условия (2.10) в генераторе возникают колебания с увеличивающейся амплитудой (расходящийся процесс). Когда она достигнет значений 0,5…1 В, диоды VD1, VD2 открываются и включается цепь НОС, которая с ростом амплитуды выходного напряжения генератора уменьшает эффективный коэффициент усиления усилителя до значения = 3, что обеспечивает выполнение условия баланса амплитуд (2.8).

Рис. 2.5

При выборе сопротивлений резисторов R3, R4, R5, R6 следует руководствоваться соотношениями:

= 1…5 кОм; >> ; ; << ,

(2.11)

при этом можно показать, что амплитуда  и частота  установившихся колебаний для генератора (см. рис.2.5) определяются соотношениями:

, , ,

(2.12)

где - напряжение на прямосмещенном диоде.

Следует подчеркнуть, что условие баланса амплитуд выполняется только для выходного сигнала с амплитудой , поскольку ее дальнейшее увеличение приводит к уменьшению эффективного коэффициента усиления усилителя (  < 3). Генератор с цепью НОС (см. рис.2.5) имеет значительно меньшие нелинейные искажения выходного напряжения по сравнению с генератором (см. рис.2.3), поскольку в нем ОУ работает в линейном режиме.

Экспериментальная часть

1. Проведем исследование работы RC- генератора с мостом Вина с использованием осциллографа ОСЦ (рис.5.3 – = = 10 кОм; = 100 кОм; = 220 кОм; = = 0,01 мкФ). В меню запуска инструментов NI ELVIS выберем функцию Oscilloscope (Осциллограф). В качестве источника для канала А на лицевой панели осциллографа установим [BNC/Board CH A]; в качестве источника триггерного сигнала выберем СН А. Запустим ОСЦ в непрерывном режиме и понаблюдаем за выходным напряжением генератора. Выясним, чем ограничивается амплитуда выходного напряжения в генераторе и почему по форме это напряжение не является синусоидальным.

Вводим в схему (см. рис.2.3) изменение ( = 110 кОм) и повторяем эксперимент. Объясним, почему в этом случае на выходе генератора колебания отсутствуют.

2. Исследуем работу генератора с цепью НОС аналогично предыдущему эксперименту (см. рис.2.5, = = 10 кОм; = 100 кОм; = 220 кОм; = = 0,01 мкФ; = 2,2 кОм; = 100 Ом). Почему в этом случае в генераторе практически отсутствуют нелинейные искажения выходного сигнала и его форма близка к синусоидальной. Определяем частоту и амплитуду колебаний в генераторе и сравниваем их с расчетными значениями (2.12) при 0,3 В.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

- на этапе подготовки: цель работы; основные схемы и расчетные соотношения, характеризующие условия существования незатухающих колебаний в электронных цепях и основные характеристики RC – генераторов.

- после выполнения работы: результаты измерения основных параметров RC – генераторов (экспериментальная часть); выводы по работе.

2.6. Контрольные вопросы

1. Чем отличается генератор от усилителя?

2. От какого устройства генератор потребляет энергию и куда отдает?

3. Как формулируется условие баланса амплитуд?

4. Как формулируется условие баланса фаз?

5.При каких условиях колебания в генераторе будут затухающими, расходящимися?

6. Каким образом в генераторе с мостом Вина выполняется условие баланса амплитуд?

7. Почему в генераторе с мостом Вина используется неинвертирующий РУ? Как в этом случае выполняется условие баланса фаз?

8. Чем ограничивается амплитуда выходного напряжения в генераторе (см. рис.2.3)?

9. В чем состоит недостаток естественного способа стабилизации амплитуды выходного напряжения в генераторе (см. рис.2.3)?

10. Как работает генератор с НОС (см. рис.2.5)?

11. Почему генератор с НОС (см. рис.2.5) имеет минимальные искажения выходного напряжения?

Лабораторная работа 3