Низкочастотные измерительные генераторы синусоидальных сигналов

Устройства, генерирующие электрические сигналы широко используются в различных областях науки и техники. Измерительные генераторы применяются при проверке и настройке различных приборов, определении частотных характеристик схем, например усилителей, и т. д. Измерительные генераторы бывают разных типов и, как правило, каждый из них выполняет несколько функций.

Классифицировать измерительные генераторы (ИГ) можно по многим признакам: по форме выходного сигнала они могут быть подразделены на генераторы гармонических колебаний, генераторы прямоугольных импульсов, генераторы импульсов треугольной формы и др.; по назначению они делятся на генераторы: сигналов низких частот (инфразвуковых и звуковых частот) Г3...; сигналов высоких частот (высоких и сверхвысоких) Г4 …; импульсов Г5 …; шумовых сигналов Г2 …; сигналов специальной формы Г6 …; качающейся частоты (свип-генераторы) Г8 ….

В низкочастотных генераторах синусоидальных сигналов в качестве ЗГ используются RC-генераторы (в LC- генераторах для генерации низких частот требуется большая индуктивность).

Если не предъявляется высоких требований к значению коэффициента гармоник, используются генераторы с частотно-задающей положительной и частотно-независимой отрицательной обратной связью. Для малых значений коэффициента гармоник, более оптимальной является схема с частотно-задающей отрицательной и частотно-независимой положительной обратной связью

На рисунке показана схема задающего генератора с частотно-задающей положительной и частотно-независимой отрицательной обратной связью на мосте Вина, который в основном используется для частот звукового диапазона с верхней границей примерно до 100 кГц. Мост Вина образуется последовательным и параллельным RC-контурами совместно с резисторами R1, R2 и применяется в цепи обратной связи операционного усилителя. Схема Вина имеет нулевой фазовый сдвиг между входом и выходом, поэтому усилитель также должен обеспечивать нулевой фазовый сдвиг. Этой может быть достигнуто, например, с помощью четного числа каскадов усиления.

Ослабление, создаваемое цепью Вина, равно 3, поэтому минимальный коэффициент усиления усилителя должен быть равен 3.

Отрицательная обратная связь (резисторы R1 и R2) повышает стабильность коэффициента усиления. Амплитуда колебаний определяется произведением усиления k и обратной связи b. Изменяя R2 можно изменить амплитуду колебаний. Включение в цепь отрицательной обратной связи термосопротивления (R1) ограничивает амплитуду колебаний. При увеличении напряжения на выходе усилителя возрастает ток, протекающий по резистору R1, и увеличивается глубина обратной связи, что приводит к снижению выходного напряжения. Таким образом, устанавливается заданная амплитуда колебаний.

RC-генератор с фазосдвигающей цепью обратной связи показан на рис. 9.3. Данная схема способна работать в широком интервале частот от нескольких герц, до десятков килогерц. Транзистор дает сдвиг фаз на 1800, поэтому трехкаскадная RC-цепь должна также обеспечивать сдвиг на 1800. Каждый каскад дает сдвиг на 600, и в этом случае частота колебаний определяется выражением

Ослабление цепи обратной связи равно 29, поэтому коэффициент усиления усилителя не менее 29. На практике емкость (С) изменяется для плавной перестройки частоты, а резистор (R) –для выбора диапазона.

Для повышения стабильности амплитуды выходного напряжения в генераторах применяются различные, сложные замкнутые системы автоматической стабилизации. (например, двухконтурные системы стабилизации амплитуды, состоящие из точного контура и контура динамической коррекции как в генераторе Г-113).

Генераторы инфранизких частот по схемам RC- или LC-генераторов не выполняются. На инфранизких частотах требуются большие номиналы резисторов, конденсаторов и индуктивностей