В литературе опубликовано большое число схем низкочастотных генераторов синусоидального сигнала, тем не менее эта тема продолжает оставаться актуальной. Генератор низкой частоты (НЧ) является одним из основных приборов измерительной техники. В то же время построить простой генератор НЧ с малым коэффициентом гармоник сложно. Современные усилители мощности имеют малые нелинейные искажения, поэтому для контроля их параметров требуются измерительные генераторы с высокой спектральной чистотой выходного напряжения. Автор предлагает относительно простой генератор НЧ с малыми нелинейными искажениями.
Проблемы, возникающие при проектировании генераторог НЧ, заключаются, в частности, в следующем. Перестраиваемый по частоте RC-генератор низкой частоты, как правило, содержит регулируемый фазовращатель и каскад автоматической регулировки усиления (АРУ). Для получения синусоидального выходного напряжения с малым содержанием гармоник желательно, чтобы при перестройке генератора коэффициент передачи регулируемого фазовращателя оставался постоянным.
На практике этого добиться трудно. Обычно в качестве фазовращателя используется мост Вина или двойной Т-образный мост, которые перестраиваются сдвоенным переменным резистором или сдвоенным конденсатором переменной емкости. Разбаланс (т. е. несинхронное изменение) сопротивлений резисторов или емкостей конденсаторов приводит к изменению коэффициента передачи фазовращателя и искажению формы выходного напряжения, т. к. каскад АРУ не может полностью компенсировать изменение коэффициента передачи фазовращателя.
Конечно, все остальные каскады генератора НЧ (кроме каскада АРУ) также должны иметь постоянный коэффициент передачи, но построить широкополосный усилитель или фазоинвертор со стабильным коэффициентом передачи нетрудно, и здесь никаких проблем не возникает.
Рис.1
На рис. 1 приведена схема генератора, в котором для повышения качества выходного сигнала применены фазовращатели с постоянным коэффициентом передачи.
Генератор состоит из четырех последовательно соединенных каскадов. На операционных усилителях DA1.1 и DA1.2 выполнены два одитгаковых перестраиваемых фазовращателя первого порядка [1]. На ОУ DA2.1 и VT1 построен каскад регулировки усиления, а на ОУ DA2.2 — фазоинвертор. В качестве фазовращателей используются фазовые фильтры первого порядка. Модуль коэффициента передачи такого фильтра от частоты не зависит, а создаваемый им фазовый сдвиг изменяется от 0° на низких частотах до 180° на высоких. На рабочей частоте два фазовых фильтра на DA1.I и DA1.2 имеют общий фазовый сдвиг сигнала 180°, поэтому для обеспечения баланса фаз в генератор включен фазоинвертор на DA2.2, создающий дополнительный фазовый сдвиг 180°.
Каскад АРУ на DA2.1 работает следующим образом. При увеличении амплитуды колебании увеличивается напряжение на 013 (рис. 1). Транзистор VT1 запирается, что ведет к увеличению глубины отрицательной обратной связи, и усиление каскада уменьшается, амплитуда выходного напряжения стабилизируется. Примененная система стабилизации эффективно работает во всем диапазоне частот и не создает нелинейных искажений даже на самых низких частотах (в отличие от термис-торов и ламп накаливания).
Если генератор собран без ошибок и из исправных деталей, то он практически не требует настройки. Нужно только при помощи подстрочного резистора R10 установить на выходе генератора амплитуду колебаний 1.. .1,8 В. Для того, чтобы можно было плавно подстраивать амплитуду выходного напряжения, в качестве R10 желательно использовать многооборотный: под-строечный резистор, например СП5-2. Оксидные конденсаторы С9,01—С13 могут быть любого типа, остальные конденсаторы — металлопленоч-ные, например, К73-5, К73-9, К73-16, К73-17 и керамические (22 пф). В качестве VT1 можно использовать транзисторы КПЗОЗ с небольшим напряжением отсечки. К157УД2 можно заменить практически любыми широкополосными операционными усилителями с низким напряжением питания и небольшим потребляемым током.
В качестве R1 и R5 желательно использовать сдвоенный переменный резистор, но это не обязательно. Можно перестраивать генератор только одним резистором R1 (или R5). При этом перестройка генератора по частоте получается более плавной, но диапазон перестройки частоты уменьшается. В генераторе может возникнуть возбуждение на частоте порядка 1 МГц. В этом случае следует увеличить емкость корректирующих конденсаторов С4, С8, С10, С14. Сильно увеличивать их емкость нежелательно, т. к. это может привести к возрастанию уровня гармоник в выходном напряжении.
При напряжении питания 9 В генератор потребляег ток 8,5 мА. Содержание гармоник в выходном напряжении не измерялось из-за отсутствия соответствующей аппаратуры. Форма напряжения контролировалась только при помощи осциллографа.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Б. Успенский. Активные RC-филътры. В помощь радиолюбителю. Выпуск 92, с. 65, 66.
Александр Сергеев, г. Сасово Рязанской обл.
