пропускающих низкие частоты. Если диоды VD1 и VD2 имеют одинаковые напряжения стабилизации, то в результате симметричного ограничения сигнала практически исключаются искажения в виде четных гармоник. Поэтому основной помехой будет третья гармоника, которая меньше первой гармоники на выходе усилителя Al на 40 дБ и на выходе А2 на 50 дБ. Это означает, что гармонические искажения синусоидального и косинусоидаль-ного сигналов не превышают 1 и 0,3% соответственно.

Частота генерации и порог возбуждения схемы определяются номиналом прецизионных элементов R1-R3 и С1-СЗ, которые должны иметь малые разбросы и температурные коэффициенты. Сопротивление R3 можно выбрать меньшим, чем указано на рис. 4.8,а; при этом допускается использовать другие элементы с большим разбросом без существенного ухудшения условий возбуждения. Сопротивление R4 не критично, но следует учитывать, что оно должно быть значительно меньше сопротивления R3, чтобы падение напряжения на резисторе R4 при открытых ограничивающих диодах было небольшим. С указанными номиналами элементов схема генерирует колебания частотой 1 Гц. Заменив элементы, задающие частоту выходных сигналов, можно расширить рабочий диапазон частот схемы до 1 кГц.

Более совершенная схема генератора синусоидальных колебаний, которая может быть использована в качестве источника высококачественного сигнала для калибровки различных систем, показана на рис. 4.8,6. Эту схему легко настраивать, у нее широкий диапазон частот, хорошая стабильность амплитуды; кроме того, коэффициент усиления не оказывает влияния на работу генератора. Схема легко самовозбуждается и имеет несколько выходов с разными фазами и одинаковыми амплитудами [73].

Цепь ОС на рис. 4.8,6 содержит два фазосдвигающих каскада и инвертор с единичным коэффициентом усиления. Фазовые корректоры на операционных усилителях А2 и A3 обеспечивают сдвиг фазы сигнала от О до 180°, а их коэффициенты усиления равны I на всех частотах.

Частота колебаний полностью определяется двумя независимыми постоянными времени RiCi и R2C2 и выражается формулой f=>

= \/i2nVRiCiR2C2). Если Ri = R2 и С1-С2, то /= l/(2n/?,Ci).

Поскольку частота генерируемого сигнала не зависит от коэффициента усиления, амплитуда сигнала и ее стабильность не зависят от сопротивления резистора R1, с помощью которого задается частота. Диапазон частот, обеспечиваемый генератором, очень широк. Амплитуда ограничивается максимальным размахом напряжения на выходе ОУ.

Резистор R4 подбирается таким, чтобы коэффициент усиления в контуре обратной связи был равен 1. Резистором R1 регулируют фазу от О до 180° и изменяют частоту выходных колебаний. При этом амплитуда, ее стабильность и условия возбуждения остаются неизменными. Конденсатор СЗ в схеме предотвращает возникновение в ОУ высокочастотных паразитных колебаний.

Перекрытие широкого диапазона частот достигается изменением емкостей С1 и С2 и заменой резисторов R1 и R2 сдвоенным потенциометром. Вместо резисторов R1 и R2 в схему можно включить сопротивления, управляемые напряжением. В узком диапазоне частоту можно регулировать только резистором R1. Схема очень удобна для генерирования нескольких сигналов с точным взаимным фазовым сдвигом и одинаковой амплитудой. Каскадным включением нескольких фазовых корректоров можно легко получить сигналы с любой фазой. Фазовая характеристика генератора ф(/)=-2arctg {2nfRiCi) представлена на рис. 4.8,6.

4.2. ГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИЙ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ И ТРЕУГОЛЬНОЙ ФОРМ

Принцип построения генераторов колебаний прямоугольной и треугольной форм на ОУ базируется на выполнении двух основных математических операций: интегрирования и сравнения. Поэтому схемы таких генераторов, как правило, идентичны, а форму выходного сигнала и его частоту определяют параметры пассивных компонентов и способ их включения в схему.

4.2.1. ГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИЙ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ

Принцип работы генераторов колебаний прямоугольной формы, как и всех генераторов, основан на введении цепи положительной ОС в усилитель. Однако в отличие от генераторов синусоидальных колебаний, такие схемы обычно имеют только активное сопротивление в цепи положительной ОС [74].

Для генерирования колебаний прямоугольной формы, частота которых регулируется аналоговым сигналом, можно использовать схему с полевым транзистором, изображенную на рис. 4.9. Управляющее напряжение Ubx подается на вход усилителя Al в дифференциальном включении. Напряжение на выходе этого усилителя ьвых 1 по модулю равно Ubx, sl сго знак определяется состоянием транзистора: если он закрыт, [/вых1 = [/вх, если открыт, то Ubuxi =

-Ubx.

d,Mmk

Рис. 4.9. Генератор колебаний прямоугольной формы с регулируемой частотой 140

Усилитель А2 работает в режиме генератора пилообразных колебаний, выходное напряжение которого поступает на вход компаратора A3 с напряжением срабатывания f/nop, которое определяется напряжением стабилизации стабилитронов VD2 и VD3 и падением напряжения на них в прямом включении. Выходной сигнал компаратора подается на затвор ПТ, который, в свою очередь, управляет работой генератора. Справедливо следующее выражение для определения частоты колебаний на выходе схемы в зависимости от входного напряжения:

f=U,j{ARCU ,). (4.П

Подставляя значения элементов, указанные на рисунке, в выражение (4.1), найдем, что /=2-10[/вх, где / - в герцах, Ubx - в вольтах. Линейная зависимость частоты от напряжения сохраняется при изменении Ux от 6 мВ до 10 В, что соответствует изменению частоты от 12 Гц до 20 кГц.

В современной цифровой аппаратуре очень часто используются генераторы тактовых импульсов со скважностью 50%, часто называемые генераторами меандра. Такие генераторы удобно строить на таймерах в режиме мультивибратора (рис. 4.10). В связи с тем, что времязадающая цепь управляется выходным напряжением таймера, между выводом 3 и источником питания включен резистор Ru, позволяющий увеличить размах выходного напряжения почти до Un- Высокая точность при формировании меандра получается благодаря тому, что заряд и разряд конденсатора Ct осуществляются через резистор Rt-На точность влияют стабильность высокого и низкого уровней выходного напря- - Генератор так- товых импульсов со жения и их симметричность относительно скважностью 50% пороговых напряжений Un/3 и 2[/п/3.

При рекомендуемом сопротивлении Rh=1 кОм сопротивление резистора Rt необходимо выбрать из условия RtRn, т. е. Rt> >10 кОм. Частота выходного сигнала f = 0,722/RtCt.

Существенно повлиять на точность работы мультивибратора на рис. 4.10 может зависимость частоты генерируемых тактовых импульсов от входного сопротивления Rbx.h приемника сигнала. При у.меньшении сопротивления Rbx.h низкий и высокий уровни выходного напряжения изменяются 1вследствие некоторого различия выходных сопротивлений таймера для втекающего и вытекающего токов. Чтобы устранить влияние Rbx.h, можно подключить приемник сигнала к высокоомному выходу (вывод 7), который в рассматриваемом включении таймера свободен.

4.2.2. ГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИИ ТРЕУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ

Схемотехнические принципы построения генераторов колебаний треугольной формы совпадают с описанными выше методами построения генераторов прямоугольных колебаний. Отличие