Generatoren für harmonische NF-Signale. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Der Artikel beschreibt mehrere einfache Niederfrequenzgeneratoren auf Operationsverstärkerbasis, die durch einen selektiven Filter auf Basis einer Wien-Brücke oder eines Gyrators abstimmbar und durch die Signalamplitude stabilisiert sind. Der Leser findet nützliche Formeln zur Berechnung der frequenzselektiven Schaltung und Informationen zu den Besonderheiten des Betriebs von Generatoren an den Grenzen des Betriebsfrequenzbandes.

In niederfrequenten harmonischen Schwingungsgeneratoren wird häufig eine Wien-Brücke und, viel seltener, ein niederfrequenter Gyrator verwendet. Der Wien-Brückengenerator ist einfach, erfordert jedoch ein zweifach abstimmbares Element – ​​einen Widerstand oder einen Kondensator. Mit dem Gyrator können Sie nur einen variablen Widerstand verwenden, um die Frequenz einzustellen. Um ein Signal mit einem nichtlinearen Verzerrungskoeffizienten von etwa 0.01 % zu erhalten, werden in beiden Optionen Thermistoren verwendet.

Auf Abb. Fig. 1 zeigt ein Schema eines Generators mit Wienbrücke.

Die beiden frequenzabhängigen Zweige der Brücke sind mit dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers verbunden. Die anderen beiden Arme sind mit dem invertierenden Eingang verbunden. Die Ausgangsspannung wird durch einen Halbleiterthermistor vom Typ PTM-2/0,5 stabilisiert, der üblicherweise in Industriegeneratoren mit Wien-Brücke verwendet wird. Eine Besonderheit dieses Elements ist sein geringer Stromverbrauch: Im Stabilisierungsmodus sinkt die Spannung um 2 V bei einem Strom von 0,5 mA. Die Ausgangsspannung des Generators beträgt ca. 3 V und ändert sich praktisch nicht, wenn die Frequenz angepasst wird. Die Erzeugungshäufigkeit wird durch den Ausdruck bestimmt

f=1/2(PI*R*C) [1] bei R=R2=R4, C=C1=C3.

Um die Erzeugungsfrequenz anzupassen, werden zwei variable Widerstände oder variable Kondensatoren verwendet.

Die Stabilität der Amplitude des Generatorsignals hängt weitgehend davon ab, wie gleichmäßig sich beide Elemente der Frequenzabstimmung ändern. Allerdings können variable Widerstände ihren Widerstand im Laufe der Zeit ändern. In diesem Zusammenhang ist es schwierig, über die gesamte Lebensdauer eine genaue Frequenzeinstellung auf der Waage zu erreichen. Die besten Ergebnisse werden mit einem Doppelblock variabler Kondensatoren (vorzugsweise mit Luftdielektrikum) erzielt, bei dem die Abschnitte mit Abstimmkondensatoren überbrückt werden, um die Anfangskapazität auszugleichen und den Frequenzabstimmbereich zu begrenzen. Mit einem herkömmlichen Block variabler Kondensatoren lässt sich eine zehnfache Frequenzüberlappung in einem Bereich erreichen. Um eine parasitäre Selbsterregung des Generators bei hohen Frequenzen zu verhindern, wird ein Korrekturkondensator C5 eingeführt. Zum gleichen Zweck wird das Ausgangssignal über den Entkopplungswiderstand R5 entfernt. Ein solches Gerät kann Signale mit Frequenzen bis zu 500 kHz erzeugen, aber bei Frequenzen über 100 kHz nimmt seine nichtlineare Verzerrung aufgrund einer Abnahme der Verstärkung und dem Auftreten einer Phasenverschiebung im Operationsverstärker zu. Bei den niedrigsten Frequenzen des Audiobereichs ist aufgrund der unzureichenden thermischen Trägheit des Thermistors eine Zunahme der Verzerrung zu beobachten.

Wenn es schwierig ist, einen Thermistor zur Stabilisierung der Amplitude zu kaufen, kann eine Miniaturglühlampe (z. B. Typ SMN-10) verwendet werden. Allerdings reicht der Ausgangsstrom des Differenzverstärkers nicht aus, um die Glühbirne in den Stabilisierungsmodus zu versetzen (wenn ihr Glühfaden dunkelrot ist), und es ist eine leistungsstärkere Ausgangsstufe erforderlich. Zu diesem Zweck wird im Generator gemäß der Schaltung in Abb. In Abb. 2 wird ein Emitterfolger vorgestellt.

Ein hochwertiger harmonischer Signalgenerator mit Gyrator wurde bereits in [2] beschrieben. Der Vorteil des Gyrators besteht darin, dass bei seiner Verwendung nicht auf die Gleichheit der Parameter der Elemente in frequenzabhängigen Schaltkreisen geachtet werden muss. In Abb. Abbildung 3 zeigt eine einfachere Generatorschaltung, die keinen stabilisierenden Thermistor enthält.

Allerdings bleibt die Amplitude der Ausgangsspannung bei diesem Generator über einen weiten Frequenzbereich nahezu konstant. Dies erklärt sich daraus, dass der Gyrator am Eingang des ersten Verstärkers eine verlustarme Induktivität nachbildet, die zusammen mit dem Kondensator C1 einen Schwingkreis mit sehr hoher Güte bildet. Die Erzeugung erfolgt aufgrund der PIC-Schaltung, die in die Schaltung des zweiten Verstärkers (R7, R8, C5) eingeführt wird. Bei der Erzeugung erhöht sich die Spannung in diesem Stromkreis, bis der Nebenschluss des Stromkreises aufgrund einer Erhöhung des Eingangsstroms des ersten Verstärkers zunimmt. Dies führt zu einer Abnahme des Qualitätsfaktors dieses Stromkreises und der Tiefe des Stromkreises PIC ist eine weitere Erhöhung der Schwingungsamplitude nicht möglich. Der Koeffizient der nichtlinearen Signalverzerrung hängt auch von diesen Parametern ab, daher kann es in einem bestimmten Gerät erforderlich sein, die Parameter der Elemente R7, R8, C5 zu optimieren. Die Erzeugungsfrequenz in einem solchen Gerät mit einem Widerstandsverhältnis von R3 = R6 lässt sich mit der Formel berechnen

f=1 /2*PI*[(R1+R5)*R2*Cl*C2]^1/2

Um die Frequenz des Generators sanft zu ändern, wird ein variabler Widerstand R1 verwendet. In diesem Fall ist eine Umstrukturierung 3-4 Mal möglich. Durch die Wahl der Kapazität der Kondensatoren C1 und C2 können Sie den einen oder anderen Frequenzbereich des Generators einstellen. Der Einfachheit halber sollten wir C1=C2=C annehmen. Bei einer Kapazität von 0,22 μF wird die Signalfrequenz im Bereich von 20...70 Hz eingestellt.

Wenn ein doppelter variabler Widerstand zum Abstimmen des Generators verwendet wird (das zweite einstellbare Element kann R3 oder R2 sein), kann die Frequenz um das 10- bis 20-fache geändert werden. Die Korrekturschaltung R8C5 ist nur erforderlich, wenn der Generator bei Frequenzen darüber arbeitet 100 kHz, wo es den POS erhöht und die verringerte Verstärkung ausgleicht. Der Generator arbeitet bis zu einer Frequenz von etwa 500 kHz, wobei der nichtlineare Verzerrungskoeffizient bei der Maximalfrequenz auf 2 % ansteigt.

Versorgungsspannung der Generatoren - ±15V.

Literatur

1. Horowitz P., Hill W. Die Kunst der Schaltung – M: Mir, 1993.
2. Petin G. Anwendung eines Gyrators in resonanten Verstärkerschaltungen und Generatoren – Radio, 1996, Nr. 11. Mit. 33, 34.

Autor: G. Petin, Rostow am Don

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