Генератори низької частоти (ГНЧ) використовують для отримання незатухаючих періодичних коливань електричного струму в діапазоні частот від часток Гц до десятків кГц. Такі генератори, як правило, являють собою підсилювачі, охоплені позитивним зворотним зв’язком (рис. 11.7,11.8) через фазосдві-гающие ланцюжка. Для здійснення цього зв’язку і для збудження генератора необхідні наступні умови: сигнал з виходу підсилювача повинен надходити на вхід зі зрушенням по фазі 360 градусів (або кратному йому, тобто О, 720, 1080 і т.д. градусів), а сам підсилювач повинен мати деякий запас коефіцієнта посилення, KycMIN. Оскільки умова оптимального зсуву фаз для виникнення генерації може виконуватися тільки на одній частоті, саме на цій частоті і збуджується підсилювач з позитивним зворотним зв’язком.

   

Рис. 11.1

   

Рис. 11.2

Для зсуву сигналу по фазі використовують RC-та LC-ланцюга, крім того, сам підсилювач вносить в сигнал фазовий зсув. Для отримання позитивного зворотного зв’язку в генераторах (рис. 11.1, 11.7, 11.9) використаний подвійний Т-подібний RC-міст; у генераторах (рис. 11.2, 11.8, 11.10) – міст Вина; в генераторах (рис. 11.3 – 11.6, 11.11 – 11.15) – фазосдвігающіе RC-це-нирки. У генераторах з RC-ланцюжками число ланок може бути досить великим. На практиці ж для спрощення схеми число не перевищує двох, трьох.

   

Рис. 11.3

   

Рис. 11.4

   

Рис. 11.5

   

Рис. 11.6

Розрахункові формули і співвідношення для визначення основних характеристик RC-генераторів сигналів синусоїдальної форми наведені в таблиці 11.1. Для простоти розрахунку і спрощення підбору деталей використані елементи з однаковими номіналами. Для обчислення частоти генерації (в Гц) в формули підставляють значення опорів, виражені в Омах, ємностей – у Фарада. Для прикладу, визначимо частоту генерації RC-генератора з використанням триланкової RC-це-пі позитивного зворотного зв’язку (рис. 11.5). При R = 8,2 кОм; С = 5100 пФ (5,1 х1СГ9 Ф) робоча частота генератора буде дорівнює 9326 Гц.

Таблиця 11.1

   

Для того щоб співвідношення резистивної-ємнісних елементів генераторів відповідало розрахунковим значенням, вкрай бажано, щоб вхідні та вихідні ланцюга підсилювача, охопленого петлею позитивного зворотного зв’язку, не шунтувати ці елементи, не впливали на їх величину. У цьому зв’язку для побудови генераторних схем доцільно використовувати каскади посилення, що мають високий вхідний і низький вихідний опору.

На рис. 11.7, 11.9 приведені «теоретична» і нескладна практична схеми генераторів з використанням подвійного Т-моста в ланцюзі позитивного зворотного зв’язку.

Генератори з мостом Вина показані на рис. 11.8, 11.10 [Р 1/88-34]. В якості УНЧ використаний двохкаскадний підсилювач. Амплітуду вихідного сигналу можна регулювати потенціометром R6. Якщо потрібно створити генератор з мостом Вина, перебудовується за частотою, послідовно з резисторами R1, R2 (рис. 11.2, 11.8) включають здвоєний потенціометр. Частотою такого генератора можна також управляти, замінивши конденсатори С1 і С2 (рис. 11.2, 11.8) на здвоєний конденсатор змінної ємності. Оскільки максимальна ємність такого конденсатора рідко перевищує 500 пФ, вдається перебудовувати частоту генерації тільки в області досить високих частот (десятки, сотні кГц). Стабільність частоти генерації в цьому діапазоні невисока.

   

Рис. 11.7

   

Рис. 11.8

На практиці для зміни частоти генерації подібних пристроїв часто використовують перемикаються набори конденсаторів або резисторів, а у вхідних ланцюгах застосовують польові транзистори. Під всіх наведених схемах відсутні елементи стабілізації вихідної напруги (для спрощення), хоча для генераторів, що працюють на одній частоті або у вузькому діапазоні її перебудови, їх використання не обов’язково.

Схеми генераторів синусоїдальних сигналів з використанням триланкових фазосдвігающіх RC-ланцюжків (мал. 11.3)

   

Рис. 11.9

   

Рис. 11.10

показані на рис. 11.11, 11.12. Генератор (мал. 11.11) працює на частоті 400 Гц [Р 4/80-43]. Кожен з елементів трехзвен-ної фазосдвигающей RC-ланцюжка вносить фазовий зсув на 60 градусів, при чотириланкової – 45 градусів. Однокаскадний підсилювач (рис. 11.12), виконаний за схемою з загальним емітером, вносить необхідний для виникнення генерації фазовий зсув на 180 градусів. Зауважимо, що генератор за схемою на рис. 11.12 працездатний при використанні транзистора з високим коефіцієнтом передачі по струму (зазвичай понад 45 … 60). При значному зниженні напруги живлення і неоптимальному виборі елементів для завдання режиму транзистора по постійному струму генерація зірветься.

   

Рис. 11.11

   

Рис. 11.12

   

Рис. 11.13

Звукові генератори (рис. 11.13 – 11.15) близькі по побудові до генераторів з фазосдвігающім RC-ланцюжками [Рл 10/96-27]. Проте за рахунок використання індуктивності (телефонний капсуль ТК-67 або ТМ-2В) замість одного з ре-зістівних елементів фазосдвигающей ланцюжка, вони працюють з меншим числом елементів і в більшому діапазоні зміни напруги живлення.

   

Рис. 11.14

   

Рис. 11.15

Так, звуковий генератор (мал. 11.13) працездатний при зміні напруги живлення в межах 1 … 15 В (споживаний струм 2 … 60 мА). При цьому частота генерації змінюється від 1 кГц (іпіт = 1,5 В) до 1,3 кГц при 15 В.

Звуковий індикатор з зовнішнім управлінням (рис. 11.14) також працює при 1) піт = 1 … 15 В; включення / вимикання генератора виробляється подачею на його вхід логічних рівнів одиниці / нуля, які також повинні бути в межах 1 … 15 В.

Звуковий генератор може бути виконаний і по іншій схемі (рис. 11.15). Частота його генерації змінюється від 740 Гц (струм споживання 1,2 мА, напруга живлення 1,5 В) до 3,3 кГц (6,2 мА і 15 В). Більш стабільна частота генерації при зміні напруги живлення в межах 3 … 11 В – вона становить 1,7 кГц ± 1%. Фактично цей генератор виконаний вже не на RC-, а на LC-елементах, причому, в якості індуктивності використовується обмотка телефонного капсуля.

Низькочастотний генератор синусоїдальних коливань (рис. 11.16) зібраний за характерною для LC-генераторів схемою «ємнісний трехточкі». Відмінність полягає в тому, що в якості індуктивності використана котушка телефонного капсуля, а резонансна частота знаходиться в діапазоні звукових коливань за рахунок підбору ємнісних елементів схеми.

   

Рис. 11.16

   

Рис. 11.17

Інший низькочастотний LC-генератор, виконаний за каскодной схемою, показаний на рис. 11.17 [Р 1/88-51]. В якості індуктивності можна скористатися універсальною або стирає головками від магнітофонів, обмотками дроселів або трансформаторів.

RC-генератор (мал. 11.18) реалізований на польових транзисторах [Рл 10/96-27]. Подібна схема використовується зазвичай при побудові високостабільних LC-генераторів. Генерація виникає вже при напрузі живлення, що перевищує 1 В. При зміні напруги з 2 до 10 6 частота генерації знижується з 1,1 кГц до 660 Гц, а споживаний струм збільшується, відповідно, з 4 до 11 мА. Імпульси частотою від одиниць Гц до 70 кГц і вище можуть бути отримані зміною ємності конденсатора С1 (від 150 пФ до 10 мкФ) і опору резистора R2.

   

Рис. 11.18

Представлені вище звукові генератори можуть бути використані в якості економічних індикаторів стану (включено / вимкнено) вузлів та блоків радіоелектронної апаратури, зокрема, світловипромінюючих діодів, для заміни або дублювання світлової індикації, для аварійної та тривожної індикації і т.д.

   

Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 рік