Основная область применения простых конструкций — это генератор типовых дискретных частот, к примеру — звуковых. В этом случае, хорошо подходят генераторы синуса на основе фазосдвигающих цепей. Они стабильны, устойчивы, не требуют стабилизации амплитуды для обеспечения синусоидальности и весьма просто рассчитываются.
Однако, при моделировании, возникают определенные проблемы, связанные с тем, что низкий коэффициент нелинейных искажений (КНИ) обеспечивается при петлевом усилении строго равном 1.0, но при этом ухудшаются условия самозапуска генератора в симуляторе и это приводит к очень долгому процессу самозапуска или вообще его отсутствию.
Все дело в том, что в симуляторе обычно, по умолчанию, задаются нулевые начальные условия для всех элементов и запуск производится от вычислительного шума. Именно это и является проблемой быстрого запуска виртуального генератора. В реальной схеме всегда присутствуют разного рода помехи: при включении питания — переходные процессы; помехи от источников питания и прочее.
Рассмотрим простую схему буферизированного автогенератора синус-сигнала на основе ОУ.
Под буферизацией понимается, что каждая фазо-сдвигающая RC-цепь отделена от последующей повторителем на основе ОУ. Основные свойства повторителя: высокое входное сопротивление ( MOhm) и низкое выходное сопротивление (Ohm). В таком случае, взаимовлияние RC-цепей друг на друга — минимально и расчеты соответствуют практике.
Предлагается простое решение для быстрого запуска автогенератора.
Все, что надо — внести не нулевой начальный ток в один из конденсаторов RC-цепи (можно и во все, но с разной амплитудой и фазой).
Вносим значение начального тока IC =1 m и, в результате, автогенератор устойчиво запускается при практическом коэффициенте усиления 8.05 (при теоретическом 8.0).
Осциллограммы:
Измерено: период To = 1.003 [ms]; частота Fo = 0.9970 [kHz].
Погрешность расчетной частоты 1 kHz — минимальна.
Формулы расчета (для трехзвенной фазосдвигающей цепи в обратной связи):
- Fo = 1 kHz;
2. Фазовая задержка на одну RC-цепь: Phi = минус 180 / 3 = минус 60 град;
3. Для элементарной RC-цепи фазовый сдвиг определяется из выражения ФЧХ:
— Phi(w) = минус arctg(w*tau);
— tau = R*C;
— w= 2*Pi*Fo.
4. Подставив известные значения, используя ряд резисторов и конденсаторов E192, получим:
— произведение RF*CF = 0.2757E-3 [s];
— оптимальное соотношение RF и CF: RF = 13.8 kOhm, CF = 20 nF;
5. Определение коэффициента усиления усилителя.
Условие: необходимо выдержать Ku*beta ≥ 1.0.
Для буферизированных RC-цепей, общий коэффициент передачи составит:
K3(p) = K1(p)^3 = (1 / (Tp+1))^3 = Ku*beta;
Учитывая, что на частоте среза Fo необходимо обеспечить общий коэффициент передачи равный beta3 = 1/sqrt(2) = 0.707.., получим, что beta = (1/2)³ = 1/8 = 0.125.
В таком случае, коэффициент усиления усилителя определится как
Ku >= 1 / beta = 8.
Для компенсации всевозможных отклонений параметров элементов выбран коэффициент усиления усилителя Ku=8.05.
