Цель работы: ознакомление с основными способами построения генераторов на операционных усилителях (ОУ) и исследование зависимости параметров генерируемых колебаний от параметров элементов схемы генератора.
Общие сведения.
Типичная схема генератора представляет собой усилитель, охваченный положительной обратной связью (рис. 1).Условия генерации в этой схеме следующие: 
(1)
где 
– коэффициент усиления усилителя; 
– коэффициент передачи цепи обратной связи. Это условие означает одновременное выполнение двух требований:
1. баланс фаз φк+ φβ ≈2πn (n = 0, 1, 2 …), т.е. наличие положительной обратной связи (ПОС);
2. баланс амплитуд 
в установившемся режиме.
| Рис.1.Структура генератора. |
Квазирезонансная частота моста равна: 
,
а модуль коэффициента передачи на этой частоте: β0= 
.
Рис. 2. Схема моста Вина (а) и его частотные характеристики (б)
В частном случае при R1=R2=R и C1=C2=C
(2)
Формулы справедливы при условии: 
(3)
На рис.3. изображена схема генератора с мостом Вина. Мост R1, C1, R2, C2 включен в цепь ПОС. Необходимый для получения генерации коэффициент усиления К обеспечивается цепью отрицательной обратной связи R3, R4, R5:
Условие (3) выполняется, так как выходное сопротивление усилителя мало, а входное сопротивление по не инвертирующему входу велико:
где 
, 
, 
- параметры ОУ без обратной связи на частоте 
.
| R5 |
Рис.3. Схема генератора гармонических колебаний
Если ОУ имеет незначительный фазовый сдвиг на частоте, то баланс фаз будет выполняться на этой частоте. Для начала генерации необходимо, чтобы K≥1/β0 Коэффициент усиления усилителя выбирают обычно на 15% больше, чем 1/β0 для устойчивого запуска генератора, но чтобы были малы искажения формы синусоидального напряжения. Амплитуда полуволн выходного напряжения равна U+вых и U-вых. Для уменьшения амплитуды и устранения искажений применяют автоматическую регулировку усиления или ограничители в цепи ООС.
Изменение частоты генерации желательно производить одновременной сменой резисторов или конденсаторов в цепи положительной обратной связи (чтобы при этом не изменялось | 
|).
Для получения напряжения прямоугольной формы используют широкополосную цепь ПОС и интегрирующую цепь в ООС.
На рис.4. приведена схема мультивибратора на ОУ и диаграммы напряжений в различных точках схемы. Амплитуда прямоугольных импульсов на выходе мультивибратора соответствует максимальному напряжению на выходе ОУ 
.Напряжение на не инвертирующем входе ОУ 
представляет собой прямоугольные импульсы с амплитудой 
, где 
– коэффициент передачи делителя 
А= 
;B= 
а) б)
Рис.4. Схема мультивибратора на ОУ (а) и его временные диаграммы (б)
На инвертирующем входе ОУ- пилообразное напряжение, образуется при заряде и разряде конденсатора С1 через резистор 
от выходного напряжения ОУ, заряд происходит от уровня - В до А:
= 
(1- 
)
Постоянные времени заряда и разряда одинаковы, поэтому длительности импульса tи и паузы tп будут одинаковы, а Т=tи+tп
Знак выходного напряжения зависит от знака входного 
=(K( - 
) и меняется в момент равенства 
Период колебаний для симметричного мультивибратора (
=| 
| скважность 2) равен:
Т=2* *С ln(1+2* 
/ 
)
Чтобы изменить скважность
| Рис.5.Схема мультивибратора с диодами в цепи отрицательной обратной связи. |
заряда и разряда конденсатора С
рис.5.
Варианты для схемы рис.3.
| Варианты | ||||||
| Частота Гц | ? | ? | ? | |||
| R1,R2 кОм | ? | 5.1 | ? | ? | ||
| C1,C2 нФ | ? | 0.05 | ? | 0.03 | ? | 0.01 |
| R3+R4 кОм | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| R5 кОм | 3.9 | 5.1 | 6.8 | 7.5 | 9.1 |
Варианты для схемы рис.4.,рис.5.
| Варианты | ||||||
| R1 кОм | 3.9 | 4.3 | 5.1 | |||
| R2 кОм | ||||||
| R3 кОм | 5.1 | 4.3 | 7.5 | |||
| R4 кОм | 9.1 | 7.5 | 8.2 | 4.3 | ||
| C1 нФ | ||||||
| T | ||||||
| A |
=0.8ЕП; для группы 3200 ЕП=±9 В; 3240 ЕП=±12 В; 3280 ЕП=±15 В.
Изучить раздел конспекта «Характеристики и параметры ОУ».