Регульований автогенератор

Регульований автогенератор на операційному підсилювачі, що містить частотнозалежне коло позитивного зворотного зв'язку, в інтегруючому колі якого міститься регульований елемент і частоти о-незалежне коло негативного зворотного зв'язку, який відрізняється тим, що в коло позитивного зворотного звязку включений дюдно-ємнісний фазозміщувач, що складається з двох ДІОДІВ, двох джерел опорної напруги і конденсатора, з'єднаного одною обкладкою з виходом операційного підсилювача, а другою обкладкою з катодом першого діода і анодом другого діода, причому анод першого діода з'єднаний з негативним затискачем першого джерела опорної напруги, а катод другого діода з'єднаний з позитивним затискачем другого джерела опорної напруги, при цьому загальна точка першого і другого ДІОДІВ з'єднана з резистором інтегруючого кола Винахід відноситься до електронної техніки і може використовуватися для отримання електричних гармонійних коливань низьких або середніх частот Серед генераторів синусоїдальних коливань низьких або середніх частот ВІДОМІ генератори на основі операційних підсилювачів (ОП) із мостом Віна в колі позитивного зворотного зв'язку (ПЗЗ) і резистивним подільником в колі негативного зворотного зв'язку (НЗЗ) (Гутніков В С «Інтегральна електроніка в вимірювальних устроях», Ленінград, 1988р , с 108-112) У цій схемі період вихідної напруги генератора прямо пропорційний (а частота зворотно пропорційна) кореню квадратному з добутку постійних часу верхнього і нижнього плечей мосту Віна Тому для забезпечення лінійної залежності періоду вихідної напруги генератора від зміни параметра одного з елементів моста необхідна одночасна зміна іншого елемента моста, певна річ водночас змінюються R1 і R2, або С1 і С2, що не завжди зручно, а найчастіше і неможливо частотно- залежного кола за рахунок автоматичної зміни опору терморезистора R1, при ЗМІНІ опору R2 У схемі можливо отримання близької до лінійної залежності періоду вихідної напруги при ЗМІНІ ємності С2, якщо виконується співвідношення С2«С1 Проте час виникнення усталених автоколивань у схемі залежить від шерційності терморезистора R1, що негативно впливає на швидкодію генератора В основу винаходу поставлено завдання розробки регульованого автогенератора, у якому за рахунок зміни кола ПЗЗ досягається поліпшення ЛІНІЙНОСТІ перетворення регульованого параметра частотно-залежного кола ПЗЗ у період вихідного сигналу автогенератора, і забезпечується скорочення часу перехідного процесу в автогенератор і при ЗМІНІ регульованого параметра, тобто підвищення швидкодії схеми Для рішення поставленого завдання в автогенераторі на операційному підсилювачі, що містить частотно-залежне коло позитивного зворотного зв'язку, в інтегруючому колі якого міститься регульований елемент, і частоти о-незалежне коло негативного зворотного зв'язку, згідно винаходу в коло ПЗЗ включений дюдно-ємнісний фа Найбільш близькою по сукупності ознак до пристрою, що заявляється є схема RCгенератора з автопідстроюванням параметрів виборчого кола (Новицький П В , Кноррінг В Г, Гутніков В С «Цифрові прилади з частотними датчиками», Л , 1970г,с 96-100), здійснюваним за допомогою терморезистора, тобто, за рахунок додаткового зворотного зв'язку по амплітуді вихідного сигналу У цій схемі забезпечується рівність постійних часу верхнього і нижнього плеча зозміщувач, який складається з двох ДІОДІВ, ДВОХ джерел опорної напруги і конденсатора, з'єднаного одною обкладкою з виходом операційного підсилювача, а другою обкладкою з катодом першого діода і анодом другого діода, причому анод першого діоду з'єднаний з негативним затискачем першого джерела опорної напруги, а катод 44401 другого діода з єднаний з позитивним затискачем другого джерела опорного напруги, при цьому загальна точка першого і другого ДІОДІВ з'єднана з резистором інтегруючого кола Схема автогенератора, що пропонується показана на фіг 1, на фіг 2 наведені діаграми коливальних процесів у схемі фазозміщувача Схема містить операційний підсилювач 1, до виходу якого підключена перша обкладка конденсатора дюдно-ємнісного фазозміщувача 2, друга обкладка цього конденсатора підключена до катода діода 3 і до анода діода 4 До анода діода 3 підключений негативний затискач джерела опорної напруги 5, а до катода діода 4 підключений позитивний затискач джерела опорної напруги 6, причому ІНШІ затискачі джерел опорної напруги сполучені з «землею» Друга обкладка конденсатора 2 через резистор 7 сполучена з першого обкладкою конденсатора 8 інтегруючого кола і неінвертуючім входом операційного підсилювача 1, причому друга обкладка конденсатора 8 з'єднана з «землею» Інвертуючий вхід операційного підсилювача 1 з'єднаний з виходом цього підсилювача через подільник, який складається з резисторів 9 і 10 Чотириполюсник в колі ПЗЗ складається з дюдно-ємнісного фазозміщувача (ДФ), зібраного на конденсаторі 2, діодах 3, 4 і джерелах опорної напруги 5, 6, і інтегруючого кола, який складається з резистора 7 і ємності 8, кожний з яких може бути регульованим елементом автогенератора Резистори 9 і 10 утворюють коло НЗЗ ПОСТІЙНІ коливання в автоколивальній системі можливі при виконанні двох умов сумарний зсув фази в петлі ПЗЗ повинний бути рівним нулю, а повний коефіцієнт підсилення рівним одиниці В автогенераторі, що заявляється зсув фази, який вносить ДФ, не залежить від частоти, а визначається співвідношенням між амплітудою вихідного сигналу і величиною опорних джерел Автогенератор працює таким чином Сигнал їй, з виходу операційного підсилювача 1, надходить на вхід дюдно-ємнісного фазозміщувача, що складається з ємності 2, ДІОДІВ 3, 4 і джерел опорної напруги 5, 6 Оскільки полярність джерел опорної напругиііо спрямована зустрічне з провідним напрямком ДІОДІВ, то діоди замкнуті доти, поки сигнал їй на вході фазозміщувача не перевищить напругу опорного джерела Uo Наприклад, при позитивній напівхвилі вихідного сигналу операційного підсилювача, діод 4 відчиняється в момента, коли величина сигналу на верхній обкладці конденсатора 2 перевищить потенціал катода діоду 4, утворюваний джерелом опорної напруги 6 ВІДПОВІДНІ діаграми процесів у схемі фазозміщувача, отримані шляхом комп'ютерного моделювання за допомогою програми МС-5, подані на фіг 2 Після відкриття діода, ємність фазозміщувача заряджається до напруги, що дорівнює різниці між величиною джерела опорної напруги й амплітудою вихідного сигналу операційного підсилювача, причому струм діоду спадає до нуля в момент, що відповідає амплітуді вихідного сигналу операційного підсилювача При подальшій ЗМІНІ сигналу на вході фазозміщувача, напруга на ємності 2 залишається незмінною, аж до моменту наступного відмикання діоду в негативну напівхвилю Оскільки вихідна напруга фазозміщувача U дорівнює різниці між вхідною на2 пругою і напругою на ємності 2, то форма цієї напруги і фаза першої гармоніки не залежать від частоти Обчисливши коефіцієнти Фур'є для запропонованої схеми можна одержати 1 - sin 20 К і #„ Ж 2 У 2Ur де 6 = a r c c oLllm- - 1 j - кут провідного стана s— ДІОДІВ, Uo - напруга опорного джерела, U m - амплітуда напруги на вході фазозміщувача Тоді ЯК ВІДОМО модуль комплексного коефіцієнта передачі дорівнює _____ , sin 20 Y І Wn 2) і, ВІДПОВІДНО, зсув фази вихідної напруги може бути знайдений з співвідношення 2 sin • в = 4 і ) sin 19 в,,, Отримані співвідношення показують, що фаза сигналу на виході фазозміщувача не залежить від частоти, а модуль комплексного коефіцієнта передачі фазозміщувача зменшується зі збільшенням амплітуди вихідного сигналу операційного підсилювача через збільшення куту в 3 іншого боку, аналіз рівняння замкнутої системи показує, що для виконання умови балансу амплітуд повинна виконуватися рівність 1 + KB (і) К 1 ( п ж І, sin 26~\ 2 ) 1 + KB „ К де К - коефіцієнт підсилення ОП без зворотного зв'язку, Р - коефіцієнт передачі в колі НЗЗ Таким чином, кут в визначається коефіцієнтом передачі в колі НЗЗ 3 огляду на те, що зсув фази, який викликається інтегруючим колом сри, повинний рівнятися зсуву фази, утворюваному дюдно-ємнісним фазозміщувачем срд, тобто tgcpM = -coRC, отримаємо со = tgcpn 2TIRC і, отже, Т = RC tgcpfl Таким чином, частота вихідного сигналу зворотно пропорційна а, ВІДПОВІДНО, період - прямо пропорційний постійної часу інтегруючого кола Крім того, коефіцієнт передачі ДФ знижується при збільшенні амплітуди вихідного сигналу Завдяки цим властивостям схеми ДФ, при ЗМІНІ ПОСТІЙНОЇ часу інтегруючого кола, що визначається параметрами змінюваного елемента, забезпечується пропорційна зміна періоду вихідного сигналу і стабілізація його амплітуди Необхідна величина амплітуди вихідного сигналу задається коефіцієнтом передачі в ланцюзі НЗЗ, тобто резисторами R3, R4 Оскільки напруга на виході фазозміщувача дорівнює різниці між вхідною напругою і напругою на ємності фазозміщувача, що встановлюється в момент досягнення вхідною напругою амплітуд 44401 ного значення, при стрибкоподібній ЗМІНІ частоти перехідний процес у схемі має тривалість не більш половини періоду вихідного сигналу Регульований автогенератор, що заявляєть ся може використовуватися також у якості проміжного перетворювача частотного датчика в вимірювальній техніці і——J""""""1"""""' Т ФІГ.1 Фіг,2 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90