Generator RC

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Generator RC to generator drgań stosowany do wytwarzania przebiegów sinusoidalnych. Zbudowany jest ze wzmacniacza[1] i oporników oraz kondensatorów tworzących sprzężenie zwrotne.

Generatory RC można stosować w zakresach małych częstotliwości, dla których kłopotliwe jest tworzenie generatorów LC (ze względu na konieczność stosowania cewek o wysokiej indukcyjności oraz dużej dobroci - przy niskich częstotliwościach rzędu kiloherców elementy indukcyjne posiadają duże wymiary). Generatory RC tworzą przebieg o bardzo małych zniekształceniach. Mają przy tym jednakże gorszą stałość częstotliwości od generatorów LC. Charakteryzują się również małą mocą wyjściową i sprawnością (ze względu na obecność rezystorów).

Układy RC posiadają szerokie możliwości przestrajania częstotliwości. Mogą generować sygnał w zakresie od ułamkowych części herca do kilku megaherców. Z tego powodu chętnie są stosowane jako generatory serwisowe i laboratoryjne.

Zasada działania[edytuj | edytuj kod]

Generator RC składa się z bloku wzmacniacza oraz przesuwnika fazowego RC. Dla pewnej pulsacji \omega_{0}, nazywanej pulsacją pseudorezonansową spełnione są warunki generacji: amplitudy i fazy. Najczęściej wyróżniane są dwa przypadki:

  • Wzmacniacz i przesuwnik odwracają fazę o 180°, co daje łączne przesunięcie równe 360° i zapewnia spełnienie warunku fazy (\varphi_1+\varphi_2=2k\pi,\;k\in\mathbb{N}_+).
  • Przesunięcie wnoszone przez blok RC wynosi 360°, wzmacniacz nie odwraca fazy, co również spełnia warunek fazy.

Wzmocnienie wzmacniacza musi być w obu przypadkach nieco większe od tłumienia obwodu RC, by mógł być spełniony warunek amplitudy (\beta k_u=1), a drgania oscylatora mogły być podtrzymywane.

Rodzaje generatorów[edytuj | edytuj kod]

Generator z blokami RC lub CR i wzmacniaczem operacyjnym[edytuj | edytuj kod]

Najprostszym rodzajem generatora jest układ, w którym dodatnie sprzężenie zwrotne tworzy drabinka filtrów górnoprzepustowych (blok CR) lub dolnoprzepustowych (blok RC). Pojedyncza sekcja wnosi przesunięcie fazy zawsze mniejsze od 90° (wynika to z niedoskonałości elementów R i C), dlatego potrzebne są przynajmniej trzy połączone kaskadowo sekcje dla uzyskania przesunięcia równego 180° (sekcji może być więcej, ale i tak muszą wnosić przesunięcie równe 180°). Wzmacniacz powinien w takim przypadku pracować w układzie odwracającym fazę.

GeneratorRC.jpg

Powyżej przedstawiono układ oparty o blok RC. Rezystory R_{1} i R_{2} tworzą ujemne sprzężenie zwrotne stabilizujące amplitudę przebiegu. Rezystor R_1 jest często zastępowany termistorem lub żarówką co jeszcze bardziej zwiększa amplitudę drgań i jednocześnie zmniejsza zniekształcenia nieliniowe (przesterowanie). Wynika to z faktu, że rezystancja tych elementów rośnie się wraz ze wzrostem temperatury. Zwiększający amplitudę sygnał wyjściowy powoduję większy przepływ prądu przez element nieliniowy, jednocześnie zwiększając jego rezystancję. Powoduje to zmniejszenie napięcia w pętli sprzężenia zwrotnego i obniżenie amplitudy napięcia wyjściowego.

Tabelka poniżej przedstawia częstotliwość drgań oraz minimalne wzmocnienie wzmacniacza dla czterech najczęściej spotykanych układów sprzężenia zwrotnego.

Typ sprzężenia 3 człony CR 4 człony CR 3 człony RC 4 człony RC
Częstotliwość drgań  f_{0}  \frac{1}{2 \pi RC \sqrt{6} }  \frac{1}{2 \pi RC \sqrt{ \frac{10}{7} } }  \frac{ \sqrt{6} }{2 \pi RC }  \frac{ \sqrt{ \frac{10}{7} } }{2 \pi RC }
Minimalne wzmocnienie napięciowe wzmacniacza K_{u}  K_{u} > 29  K_{u} > 18,4  K_{u} > 29  K_{u} > 18,4

Układy tego typu posiadają małą dobroć (wynika to z małego kąta nachylenia charakterystyki K(\omega) bloku RC), charakteryzują się dużymi zniekształceniami przebiegu i mała stabilnością częstotliwości. Są również trudne do przestrajania.

Generator z mostkiem Wiena[edytuj | edytuj kod]

W układzie tym gałąź mostka Wiena zawierająca kondensatory tworzy dodatnie sprzężenia zwrotne. Jeżeli  R = R_{1} = R_{2} oraz C = C_{1} = C_{2}, to dla częstotliwości pseudorezonansowej nie pojawia się przesunięcie fazy, a tłumienie obwodu sprzężenia wynosi 1/3. Jeżeli wzmacniacz będzie pracował w układzie nieodwracającym fazy oraz ze wzmocnieniem wynoszącym K_{u}>3, to spełnione zostaną warunki generacji.

Rezystory z drugiej gałęzi mostka można wykorzystać do stworzenia ujemnego sprzężenia zwrotnego, w celu zwiększenia stabilności amplitudy drgań.

GeneratorWiena.jpg

Rezystory R_1 i R_2 tworzą ujemne sprzężenie zwrotne, w ten sposób, by zapewnić wzmocnienie równe 3. Ich stosunek wynosi więc R_1=2R_2. Przy takiej konfiguracji dobroć układu jest niska i wynosi 1/3. Jednakże przy drobnym rozstrojeniu mostka, tak by R_1=2(R_2+\varepsilon), przy \varepsilon wynoszącym przykładowo 0,01, dobroć generatora drastycznie rośnie.

Częstotliwość przebiegu wynosi f_{0} = \frac{1}{2 \pi RC} .

Przebiegi generatora z mostkiem Wiena charakteryzują się niewielkimi zniekształceniami oraz dobrą stabilnością częstotliwości.

Generator z przesuwnikiem podwójne T[edytuj | edytuj kod]

Innym stosowanym oprócz mostka Wiena układem selektywnym jest czwórnik podwójne T. Czwórnik ten jest zrównoważony dla C1= 0.5C oraz R1 = 2R. Dla częstotliwości generacji f_{0} = \frac{1}{2 \pi RC} przesunięcie fazy wynosi 180°, a tłumienie 1/4. By spełnione zostały warunki generacji wzmacniacz musi odwracać fazę i mieć wzmocnienie K_{u}>4.

Częstotliwość przebiegu wynosi f_{0} = \frac{1}{2 \pi RC} .

Przebiegi tego generatora charakteryzują się małymi zniekształceniami oraz sporą stabilnością częstotliwości.

Podwojnet.jpg

Przypisy

  1. Wzmacniacz ten może być zrealizowany z użyciem lamp elektronowych, tranzystorów lub układów scalonych.

Bibliografia[edytuj | edytuj kod]

  • Bernard Buśko, Vademecum zastosowania elektroniki, Wydawnictwo Ministerstwa Obrony Narodowej, wydanie III uzupełnione, Warszawa 1972
  • Praca zbiorowa, Poradnik radioamatora, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, wydanie II zmienione, Warszawa 1983