Generatori di segnali armonici LF. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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L'articolo descrive diversi semplici generatori a bassa frequenza realizzati sulla base di un amplificatore operazionale, sintonizzabile da un filtro selettivo basato su un ponte Wien o un giratore e stabilizzato nell'ampiezza del segnale. I lettori troveranno utili formule per il calcolo di un circuito selettivo in frequenza e informazioni sulle caratteristiche del funzionamento dei generatori ai limiti della banda di frequenza operativa.

Nei generatori di oscillazioni armoniche a bassa frequenza viene spesso utilizzato un ponte Wien e, molto meno frequentemente, un giratore a bassa frequenza. L'oscillatore a ponte Wien è semplice, ma richiede un doppio elemento sintonizzabile: un resistore o un condensatore. Il gyrator, d'altra parte, consente di utilizzare un solo resistore variabile per la sintonizzazione della frequenza. Per ottenere un segnale con un coefficiente di distorsione non lineare di circa 0.01%, in entrambe le versioni vengono utilizzati termistori.

Sulla fig. 1 mostra uno schema di un generatore con un ponte di Vienna.

I due bracci dipendenti dalla frequenza del ponte sono collegati all'ingresso non invertente dell'amplificatore differenziale. Gli altri due bracci sono collegati all'ingresso invertente. La tensione di uscita è stabilizzata da un termistore a semiconduttore di tipo PTM-2/0,5, comunemente utilizzato nei generatori industriali con ponte Wien. Una caratteristica di questo elemento è il suo basso consumo energetico: nella modalità di stabilizzazione, una tensione di 2 V cade su di esso con una corrente di 0,5 mA. La tensione di uscita del generatore è di circa 3 V e praticamente non cambia quando la frequenza è sintonizzata. La frequenza di generazione è determinata dall'espressione

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

Per regolare la frequenza di generazione, vengono utilizzati doppi resistori variabili o condensatori variabili.

La stabilità dell'ampiezza del segnale dell'oscillatore dipende in gran parte dal modo in cui cambiano entrambi gli elementi di sintonizzazione della frequenza. Tuttavia, i resistori variabili possono cambiare la loro resistenza nel tempo. A questo proposito, è difficile ottenere l'accuratezza dell'impostazione della frequenza sulla bilancia durante l'intero periodo di funzionamento. I migliori risultati si ottengono con un doppio blocco di condensatori variabili (preferibilmente con dielettrico in aria), in cui le sezioni sono deviate con condensatori trimmer per equalizzare la capacità iniziale e limitare il range di sintonia in frequenza. Utilizzando un blocco convenzionale di condensatori variabili, è possibile ottenere una sovrapposizione di dieci volte in frequenza in un intervallo. Per prevenire l'autoeccitazione parassita del generatore alle alte frequenze, viene introdotto un condensatore di correzione C5. Allo stesso scopo, il segnale di uscita viene prelevato attraverso la resistenza di disaccoppiamento R5. Tale dispositivo può generare segnali con una frequenza fino a 500 kHz, tuttavia, a frequenze superiori a 100 kHz, la sua distorsione non lineare aumenta a causa di una diminuzione del guadagno e della comparsa di uno sfasamento nell'amplificatore operazionale. Alle frequenze più basse della gamma audio, c'è un aumento della distorsione dovuto all'inerzia termica insufficiente del termistore.

In caso di difficoltà nell'acquisizione di un termistore per stabilizzare l'ampiezza, è possibile utilizzare una lampadina a incandescenza in miniatura (ad esempio, tipo CMH-10). Tuttavia, la corrente di uscita dell'amplificatore differenziale per impostare la lampadina in modalità di stabilizzazione (quando il suo filo ha un colore rosso scuro) non è sufficiente ed è necessario uno stadio di uscita più potente. A tale scopo, il generatore secondo lo schema di Fig. 2 ha introdotto un inseguitore di emettitore.

Un generatore di segnali armonici di alta qualità con un giratore è stato descritto in precedenza in [2]. Il vantaggio del gyrator è che quando lo si utilizza non è necessario mantenere l'uguaglianza dei parametri degli elementi nei circuiti dipendenti dalla frequenza. Sulla fig. 3 mostra un circuito generatore più semplice che non contiene un termistore di stabilizzazione.

Tuttavia, l'ampiezza della tensione di uscita in questo generatore rimane pressoché costante su un'ampia gamma di frequenze. Questo perché il giratore simula un'induttanza a bassa perdita all'ingresso del primo amplificatore, che insieme al condensatore C1 forma un circuito oscillatorio con un fattore di qualità molto elevato. La generazione avviene a causa del circuito POS introdotto nel circuito del secondo amplificatore (R7, R8, C5). Quando si verifica la generazione, la tensione su questo circuito aumenta fino a quando lo shunt del circuito aumenta a causa di un aumento della corrente di ingresso del primo amplificatore.Di conseguenza, a causa di una diminuzione del fattore di qualità di questo circuito e della profondità del POS, un ulteriore aumento dell'ampiezza di oscillazione è impossibile. Anche il coefficiente di distorsione non lineare del segnale dipende da questi parametri, pertanto, in un particolare dispositivo, potrebbe essere necessario ottimizzare i parametri degli elementi R7, R8, C5. La frequenza di generazione in un tale dispositivo con un rapporto di resistenze R3 = R6 può essere calcolata con la formula

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

Per modificare uniformemente la frequenza del generatore, viene utilizzato un resistore variabile R1. allo stesso tempo è possibile la sua ristrutturazione di 3-4 volte. Scegliendo la capacità dei condensatori C1 e C2, è possibile impostare l'uno o l'altro intervallo di frequenza del generatore. Per semplicità, dovremmo prendere С1=С2=С. Con una capacità di 0,22 μF, la frequenza del segnale è regolata nella banda di 20 ... 70 Hz.

Se viene utilizzato un doppio resistore variabile per sintonizzare il generatore (il secondo elemento regolabile può essere R3 o R2), la frequenza può essere modificata di 10 ... amplificazione. Il generatore funziona fino a una frequenza di circa 20 kHz con un aumento del coefficiente di distorsione non lineare a una frequenza massima fino al 8%.

Tensione di alimentazione dei generatori - ±15V.

Letteratura

1. Horowitz P., Hill W. L'arte dei circuiti - M: Mir, 1993.
2. Petin G. L'uso di un giratore nei circuiti di amplificatori e generatori risonanti - Radio, 1996, n. 11. Con. 33, 34.

Autore: G. Petin, Rostov sul Don

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