L'uso del giratore in amplificatori e generatori risonanti. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Quando si sviluppano amplificatori risonanti a bassa frequenza e generatori di armoniche, i progettisti di solito cercano di fare a meno degli induttori ad alta intensità di manodopera. Molto spesso in questi casi utilizzano un ponte di Vienna, che consente loro di costruire un dispositivo quasi risonante utilizzando solo circuiti RC dipendenti dalla frequenza. Tuttavia, insieme a un vantaggio innegabile come la semplicità, i progetti basati sul ponte di Vienna, purtroppo, presentano uno svantaggio significativo. Sono estremamente sensibili al minimo squilibrio nei parametri degli elementi del ponte. Per ovviare a questo inconveniente, l'autore dell'articolo pubblicato suggerisce di utilizzare, al posto del ponte di Wien, un circuito LC basato su un induttore artificiale, realizzato utilizzando un dispositivo elettronico chiamato giratore in radioingegneria. Sebbene i circuiti degli amplificatori risonanti e dei generatori di armoniche in questo caso diventino più complessi, forniscono risultati più stabili.

Molto conveniente è l'uso di un giratore nei progetti di radioamatori, il cui diagramma è riportato in [1]. Sfortunatamente, nella fonte originale questo dispositivo è descritto solo in termini generali e molte delle sue proprietà positive non vengono affatto divulgate. Non ci sono esempi di utilizzo pratico del giratore.

Il diagramma schematico del giratore è mostrato in Fig. 1.

Un'analisi teorica del suo funzionamento mostra che negli amplificatori operazionali ideali (amplificatori operazionali), la resistenza di ingresso del giratore Zin è di natura puramente induttiva. Inoltre, il valore dell'induttanza è determinato dalla seguente relazione:

Zin=Lin=R1*R2*R4*C1/R3, dove R - Ohm; C-nF; L - Il signor

Tuttavia, poiché il guadagno degli amplificatori operazionali reali non è infinito e il loro guadagno diminuisce con l'aumentare della frequenza, compaiono perdite nell'induttanza creata dal giratore e il suo fattore di qualità diminuisce. Se prendiamo R1=R2=R, R3=R4=r e wRC1=1, il fattore di qualità può essere calcolato utilizzando la formula: Q=K0/(2+2K0f/fâ), dove Ko è il guadagno dell'op- amplificatore; f e fâ - frequenza operativa e frequenza alla quale il guadagno dell'amplificatore operazionale diminuisce di 1,41 volte. Poiché K0 è solitamente molto grande, è possibile ottenere fattori di qualità molto elevati alle basse frequenze.

Se un condensatore è collegato a un tale induttore artificiale, il circuito oscillatorio formato da essi può essere utilizzato in amplificatori risonanti e generatori di oscillazioni armoniche. Il circuito di uno degli amplificatori con un circuito oscillatorio parallelo è mostrato in Fig. 2.

Alle basse frequenze, quando K0f/fâ << 1 (e solo questo caso verrà considerato in seguito), la frequenza di risonanza di tale circuito f0=(R3/R1*C1*R2*R4*C2)1/2 /(2 *P.I.). fattore di qualità Q=R0(R3*C1/R1*R2*R4*C2)1/2, larghezza di banda df=1/2PI*R0*C1. Il guadagno dell'intero percorso di amplificazione è Km = 2.

Come segue dalla relazione, per determinare la frequenza di risonanza, oltre ai condensatori variabili singoli e doppi, è possibile sintonizzarla utilizzando resistori variabili singoli e doppi. L'utilizzo di elementi doppi consente di ottenere un campo di regolazione decisamente più ampio, mentre l'utilizzo di elementi singoli è strutturalmente più conveniente. È possibile ottenere un ampio intervallo di sintonizzazione se le funzioni dell'elemento di sintonizzazione della frequenza vengono eseguite da un resistore variabile collegato anziché dai resistori costanti R3 e R4. Tuttavia, in questo caso, il segnale di uscita dovrebbe essere rimosso dal motore di questo resistore, altrimenti il ​​guadagno di tensione dipenderà dalla frequenza di sintonizzazione.

Nell'amplificatore, il cui circuito è mostrato in Fig. 3, viene utilizzato un circuito oscillante in serie.

In questo caso, il guadagno aumenta notevolmente alla frequenza di risonanza. Invece di due diventa uguale a Km = 2Q. Il fattore di qualità sarà determinato dal rapporto:

Q = (R1*R2*R4*C2/R3*С1)^1/2/R0.

Il guadagno dell'amplificatore non dipenderà dalla frequenza se per sintonizzarlo viene utilizzato un doppio condensatore variabile, ma la larghezza di banda cambierà.

Sulla base di un amplificatore risonante con un circuito parallelo (Fig. 2), puoi facilmente costruire un amplificatore notch (Fig. 4). Poiché in un amplificatore risonante alla frequenza di risonanza il segnale all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale DA1 è uguale al segnale di ingresso, è sufficiente sottrarre il secondo dal primo segnale per ottenere l'assenza di un'uscita. L'operazione di sottrazione viene eseguita dall'amplificatore operazionale DA3. Non sarà più possibile garantire una differenza di segnale pari a zero su altre frequenze.

Per convertire un amplificatore risonante in un generatore di oscillazioni armoniche, è necessario compensare le perdite di energia nel circuito oscillatorio [2]. Nei generatori, i cui circuiti sono mostrati in Fig. 5 e 6, la compensazione si ottiene introducendo nel circuito una resistenza negativa regolabile. Nel generatore (Fig. 5), le sue funzioni sono eseguite da un partitore di tensione costituito da un resistore costante R6 e un termistore a semiconduttore R5. All'aumentare dell'ampiezza della tensione generata, la temperatura del termistore aumenterà e la sua resistenza inizierà a diminuire. Di conseguenza, la resistenza negativa che introduce nel circuito oscillatorio diminuirà stabilizzando così la tensione generata dal generatore. Selezionando la resistenza del resistore R6, è possibile ottenere il massimo effetto stabilizzante del termistore.

Come quest'ultimo, è meglio utilizzare dispositivi progettati per stabilizzare la modalità operativa dei generatori di oscillazioni armoniche con ponte di Wien, ad esempio il termistore PTM2/0.5 indicato nello schema. Se non è possibile ottenere un tale termistore, è possibile utilizzare i termistori utilizzati nei misuratori di potenza o realizzare un generatore secondo il circuito mostrato in Fig. 6. In questo generatore, la funzione di stabilizzazione viene eseguita da una lampada di segnalazione a incandescenza subminiatura SMN. Tali lampade erano ampiamente utilizzate nei vecchi computer. La stabilizzazione della modalità operativa del generatore può essere ottenuta solo quando il filamento della lampada viene riscaldato fino a diventare rovente. Tuttavia, un amplificatore operazionale convenzionale non può fornire tale corrente, quindi è stato necessario introdurre nel generatore un amplificatore di corrente che utilizza un transistor KT603B.

I dispositivi di stabilizzazione della tensione generata discussi qui sono piuttosto efficaci. Basti dire che quando il resistore variabile ha cambiato la frequenza di generazione di cinque volte, il valore della tensione generata è cambiato di non più dell'1%. Il coefficiente di distorsione non lineare nella gamma delle frequenze audio non superava lo 0,1% e aumentava alle frequenze più basse e più alte: nel primo caso, a causa dell'insufficiente inerzia termica del termistore o della lampadina, e nel secondo, a causa della diminuzione della il fattore di qualità del circuito con un giratore come induttanza artificiale. .

Letteratura

1. Horowitz P., Hill W. L'arte della progettazione di circuiti. T. 1. - M.: Mir, 1993, p. 297.
2. Petin G.P. Amplificatori a transistor, generatori e stabilizzatori. - M.: Energia, 1978.

Autore: G. Petin, Rostov sul Don

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