Генераторы синусоидальных колебаний на операционных усилителях

Использование операционных усилителей (ОУ) в схемах реализации генераторов колебаний открывает благодарные перспективы перед проектировщиками таких генераторов по сравнению со случаями использования схем на биполярных транзисторах. Действительно, при использовании операционных усилителей отпадает необходимость производить расчёт усилительного каскада в режиме покоя. С другой стороны, так как коэффициент усиления ОУ зависит от величины резисторов в цепях отрицательной обратной связи (ООС), то легко выполняется условие баланса амплитуд: . И, наконец, подключая цепь положительной обратной связи (ПОС) к инвертирующему или неинвертирующему входу ОУ, оказывается просто удовлетворить условие равенства фаз: . Коэффициент усиления усилительного каскада на ОУ (см. работы № 4 и 5 Лаборатории Промышленной Электроники на II курсе) определяется отношением (рис. 4). Изменяя отношение , подбирают такую величину , которая компенсирует ослабление сигнала цепью ПОС.

Зная величину фазового сдвига для выбранной цепи ПОС, подключают ее к инвертирующему или неинвертирующему входу ОУ, тем самым обеспечивая выполнение условия равенства фаз нулю.

Напомним, что разные виды ПОС создают , приведенные в таблице 1.

Таблица 1.

Вид частотно-зависимой цепи ПОС	Значение	Примечание
Параллельный колебательный контур из катушки индуктивности и ёмкости и катушки обратной связи.	0⁰ 180⁰	В зависимости от способа подключения концов обмоток катушек резонансного контура и обратной связи.
Фазосдвигающая цепочка из трёх RC-звеньев.	180⁰
Мост Вина	0⁰

Для получения автоколебаний ОУ должен быть дополнен частотно-избирательной положительной обратной связью , обеспечивающей на заданной частоте баланс амплитуд, то есть

и баланс фаз (),

Частотно-избирательную положительную обратную связь выполняют на RC-схемах. Существует много схем RC-генераторов. Некоторые, наиболее распространённые варианты, приведены на рис.13. Это частотно-избирательная цепь с мостом Вина (рис.13,а), или фазосдвигающая цепь лестничного типа (рис. 13,б), двойной Т-образный мост (рис. 13,в).

Рис.13.

Мост Вина «, ÷ , » имеет максимум коэффициента передачи

на частоте .

На частоте угол .

Фазосдвигающая RC-цепочка (рис. 13,б) имеет три Г-образные звена, обеспечивающие . Поэтому сигнал подаётся на инвертирующий вход ОУ, обеспечивая и . Коэффициент обратной связи , поэтому должен быть 29.

Двойной Т-образный мост является фильтром-пробкой, то есть на частоте , равной

он не пропускает сигнал, поэтому отрицательная обратная связь отсутствует, а на остальных частотах отрицательная обратная связь сильная. С другой стороны, через делитель R1-R2 производится положительная обратная связь, способствующая возникновению генерации. В результате генерация возникает на частоте , на которой отсутствует отрицательная обратная связь. Величины и следует выбирать с учётом паспортных данных ОУ, следя за тем, чтобы входной ток ОУ не превышал бы допустимые значения.