Die Verwendung des Gyrators in resonanten Verstärkern und Generatoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer

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Bei der Entwicklung von Niederfrequenz-Resonanzverstärkern und Generatoren für harmonische Schwingungen versuchen Designer normalerweise, auf arbeitsintensive Induktivitäten zu verzichten. Am häufigsten wird in diesen Fällen die Wien-Brücke verwendet, die es ermöglicht, ein quasiresonantes Gerät zu bauen, das nur frequenzabhängige RC-Schaltungen verwendet. Doch neben einem so unbestreitbaren Vorteil wie der Einfachheit haben Konstruktionen auf Basis der Wienbrücke leider auch einen erheblichen Nachteil. Sie reagieren äußerst empfindlich auf kleinste Ungleichgewichte in den Parametern der Brückenelemente. Um diesen Mangel zu umgehen, schlägt der Autor des veröffentlichten Artikels vor, anstelle der Wien-Brücke eine LC-Schaltung zu verwenden, die auf einem künstlichen Induktor basiert, der mithilfe eines elektronischen Geräts implementiert wird, das in der Funktechnik als Gyrator bezeichnet wird. Obwohl die Schaltungen von Resonanzverstärkern und Oszillatoren in diesem Fall komplizierter sind, können Sie damit stabilere Ergebnisse erzielen.

Die Verwendung eines Gyrators in Amateurfunkkonstruktionen, dessen Schema in [1] dargestellt ist, ist sehr praktisch. Leider wird dieses Gerät in der Originalquelle nur allgemein beschrieben und viele seiner positiven Eigenschaften werden überhaupt nicht offengelegt. Es gibt keine Beispiele für den praktischen Einsatz des Gyrators.

Das schematische Diagramm des Gyrators ist in Abb. 1 dargestellt. eines.

Die theoretische Analyse seiner Arbeit zeigt, dass bei idealen Operationsverstärkern (Op-Amps) die Eingangsimpedanz des Gyrators Zin rein induktiv ist. Darüber hinaus wird der Wert der Induktivität durch die folgende Beziehung bestimmt:

Zin \u1d Lin \u2d R4 * R1 * R3 * CXNUMX / RXNUMX, wobei R Ohm ist; C - nF; L - Hr.

Da die Verstärkung echter Operationsverstärker jedoch nicht unendlich ist und ihre Verstärkung mit zunehmender Frequenz abnimmt, treten Verluste in der vom Gyrator erzeugten Induktivität auf und ihr Qualitätsfaktor nimmt ab. Wenn wir R1=R2=R, R3=R4=r und wRC1=1 nehmen, kann der Qualitätsfaktor durch die Formel berechnet werden: Q=K0/(2+2K0f/fv), wobei Ko die Verstärkung des Op- Ampere; f und fv – Betriebsfrequenz und Frequenz, bei der die Verstärkung des Operationsverstärkers um das 1,41-fache abnimmt. Da K0 in der Regel sehr hoch ist, können bei niedrigen Frequenzen sehr hohe Gütefaktoren erreicht werden.

Wenn an eine solche künstliche Induktivität ein Kondensator angeschlossen wird, kann der von ihnen gebildete Schwingkreis in Resonanzverstärkern und Generatoren harmonischer Schwingungen verwendet werden. Ein Diagramm eines der Verstärker mit Parallelschwingkreis ist in Abb. dargestellt. 2.

Bei niedrigen Frequenzen, wenn K0f/fv << 1 (und nur dieser Fall wird weiter betrachtet), beträgt die Resonanzfrequenz eines solchen Schaltkreises f0=(R3/R1*C1*R2*R4*C2)1/2 /(2 *PI ). Qualitätsfaktor Q=R0(R3*C1/R1*R2*R4*C2)1/2, Bandbreite df=1/2PI*R0*C1. Die Verstärkung des gesamten Verstärkungspfads Km=2.

Wie aus der Beziehung hervorgeht, kann zur Bestimmung der Resonanzfrequenz zusätzlich zu einfachen und doppelten variablen Kondensatoren diese mit einfachen und doppelten variablen Widerständen abgestimmt werden. Die Verwendung von Doppelelementen ermöglicht einen viel größeren Abstimmungsbereich und die Verwendung von Einzelelementen ist konstruktiv praktischer. Ein großer Abstimmbereich kann erreicht werden, wenn die Funktionen des Frequenzabstimmkörpers durch einen variablen Widerstand übernommen werden, der anstelle der Festwiderstände R3 und R4 enthalten ist. In diesem Fall sollte jedoch das Ausgangssignal vom Schieber dieses Widerstands entfernt werden, da sonst die Spannungsverstärkung von der Abstimmfrequenz abhängt.

Im Verstärker, dessen Schaltung in Abb. In Fig. 3 wird ein Serienresonanzkreis verwendet.

In diesem Fall steigt die Verstärkung bei der Resonanzfrequenz stark an. Anstelle von zwei beträgt es Km=2Q. Der Qualitätsfaktor wird durch das Verhältnis bestimmt:

Q = (R1*R2*R4*C2/R3*С1)^1/2/R0.

Die Verstärkung des Verstärkers hängt nicht von der Frequenz ab, wenn zur Abstimmung ein doppelter variabler Kondensator verwendet wird, aber die Bandbreite ändert sich.

Auf Basis eines Resonanzverstärkers mit Parallelschaltung (Abb. 2) lässt sich problemlos ein Notch-Verstärker aufbauen (Abb. 4). Da bei einem Resonanzverstärker mit Resonanzfrequenz das Signal am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 gleich dem Eingangssignal ist, reicht es aus, das zweite Signal vom ersten Signal zu subtrahieren, um kein Ausgangssignal zu erhalten. Die Subtraktionsoperation wird vom Operationsverstärker DA3 durchgeführt. Bei anderen Frequenzen wird es nicht mehr möglich sein, eine Null-Signaldifferenz bereitzustellen.

Um einen Resonanzverstärker in einen Generator harmonischer Schwingungen umzuwandeln, ist es notwendig, Energieverluste im Schwingkreis zu kompensieren [2]. Bei Generatoren, deren Schaltkreise in Abb. dargestellt sind. In den Abbildungen 5 und 6 wird eine Kompensation durch die Einführung eines einstellbaren negativen Widerstands in den Stromkreis erreicht. Im Generator (Abb. 5) übernimmt ein Spannungsteiler, bestehend aus einem Konstantwiderstand R6 und einem Halbleiterthermistor R5, seine Funktionen. Mit zunehmender Amplitude der erzeugten Spannung steigt die Temperatur des Thermistors und sein Widerstand beginnt zu sinken. Dadurch verringert sich der von ihm in den Schwingkreis eingebrachte negative Widerstand und stabilisiert so die vom Generator erzeugte Spannung. Durch die Wahl des Widerstandswerts des Widerstands R6 erreichen Sie die maximale Stabilisierungswirkung des Thermistors.

Als letzteres verwenden Sie am besten Geräte zur Stabilisierung des Betriebsmodus von harmonischen Schwingungsgeneratoren mit einer Wien-Brücke, beispielsweise den im Diagramm angegebenen PTM2 / 0.5-Thermistor. Wenn ein solcher Thermistor nicht erhältlich ist, können die in Leistungsmessern verwendeten Thermistoren verwendet werden, oder der Generator kann gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung hergestellt werden. 6. Bei diesem Generator wird die Stabilisierungsfunktion von einer Subminiatur-Glühsignallampe SMN übernommen. Solche Lampen wurden häufig in alten Computern verwendet. Eine Stabilisierung der Betriebsart des Generators kann nur erreicht werden, wenn der Glühfaden der Lampe glühend heiß wird. Ein herkömmlicher Operationsverstärker kann einen solchen Strom jedoch nicht liefern, daher musste ein Stromverstärker auf Basis eines KT603B-Transistors in den Generator eingebaut werden.

Die hier betrachteten Vorrichtungen zur Stabilisierung der erzeugten Spannung sind recht effektiv. Es genügt zu sagen, dass sich der Wert der erzeugten Spannung um nicht mehr als 1 % änderte, als der variable Widerstand die Erzeugungsfrequenz um den Faktor fünf änderte. Der nichtlineare Verzerrungskoeffizient im Audiofrequenzbereich überschritt nicht 0,1 % und nahm bei niedrigeren und höheren Frequenzen zu. Im ersten Fall aufgrund unzureichender thermischer Trägheit des Thermistors oder der Glühbirne und im zweiten Fall aufgrund von a Verringerung des Gütefaktors der Schaltung mit einem Gyrator als künstlicher Induktivität.

Literatur

1. Horowitz P., Hill W. Die Kunst der Schaltung. T. 1. - M.: Mir, 1993, p. 297.
2. Petin G.P. Transistorverstärker, Generatoren und Stabilisatoren. - M.: Energie, 1978.

Autor: G. Petin, Rostow am Don

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