Автогенераторы гармонических колебаний на интегральных микросхемах

Современная электроника характеризуется широким применением интегральных микросхем. Для создания автогенераторов гармониче­ских колебаний используют линейные (аналоговые) микросхемы. В по­следнее время все большее распространение получают интегральные операционные усилители, являющиеся универсальными устройства­ми. С их помощью можно создавать почти все электронные узлы, в том числе автогенераторы.

Создание автогенераторов сводится к выбору типа микросхемы и способа подключения к ней дискретных элементов — LC-контура, RС-фильтров и мостов. При этом принципы построения автогенерато­ра, рассмотренные в предыдущих параграфах, его структурная и элек­трическая схемы условия самовозбуждения и способы стабилизации частоты остаются прежними.

На рис. 198, а представлена структурная схема LC-автогенератора на интегральной микросхеме, а на рис. 198, 6 — схема этого авто­генератора, выполненная на интегральной микросхеме типа К2УС242 (обведена пунктиром). Микросхема типа К2УС242 является простей­шей и не относится к числу интегральных операционных усилителей. Она представляет собой однокаскадный универсальный усилитель, со­стоящий из одного транзистора, четырех резисторов и трех конденса­торов. При использовании дискрет­ных навесных элементов (резонанс­ных контуров, резисторов и конден­саторов), с ее помощью можно созда­вать усилители, автогенераторы, сме­сители и т. д.

LC-автогенератор на интегральной микросхеме строят по индуктивной трехточечной схеме. Резонансный контур, состоящий из индуктивной катушки L, и конденсаторов С₄, C₅ и С₆, подключают к выводам 4 и 6 инте­гральной микросхемы. Выходное на­пряжение снимают с автогенератора с помощью катушки L₂, индуктивно связанной с катушкой L₁. Катушку L₂ cоединяют c выводами 6 и 9. Пи­тание интегральной схемы осущест­вляют от cтабилизированного источ­ника питания напряжением +ЗВ, под­ключенного между выводами 3 (+3 В) и 7 (—3 В «земля»). Для подачи в базо­вую цепь транзистора напряжений питания и обратной связи выводы 2 и 8 микросхемы соединяют между собой. Выводы 1 и 3, необходимые при работе микросхемы в качестве усилителя, здесь не используются. Для исключения паразитных наводок входной вывод 1 следует заземлить. Выводы З и 5остаются свободными. Частота колебаний определяется индуктивностью катушки L₁ и емкостью кон­денсаторов С₄, С₅ и С₆. Частоту колебаний регулируют переменным конденсатором С₄. Автогенератор на интегральной микросхеме типа К2УС242 позволяет получить колебания с частотой от 0,15 до 30 МГц.

Рис, 198. Схемы LC – автогенератора на интегральной микросхеме:

а) структурная; б) электрическая на микросхеме типа К2УС242.

Структурная схема автогенератора на интегральном операционном усилителе (рис, 199) отличается от структурной схемы рис. 198, а, введением отрицательной обратной связи (цепь ООС), необходимой для получения устойчивого режима автогенерации, улучшения формы колебаний и стабилизации амплитуды генерируемых колебаний.

На рис. 9.20 изображена схема LC-автогенератора на интегральном операционном усилителе типа 1УТ531. Резонансный контур включен в цепь положительной обратной связи и обеспечивает генерацию коле­баний на резонансной частоте. Положительная обратная связь соз­дается при включении контура между выходом (вывод 6) и неинвертирующим входом (вывод 3) интегрального операционного усилителя.

В цепь отрицательной обратной связи, которая создается при резистивном соединении выхода интегрального усилителя с его инвертирующим входом (вывод 2), часто включают полупроводниковый термо­резистор R, благодаря нелинейности вольтамперной характеристики которого обеспечивается стабилизация амплитуды гармонических колебаний в авто­генераторе

Рис. 199. Структурная схема на Рис. 200. Схема LC-автогенератора на

автогенератора на интегральном инте­гральном операционном

операционном усилителе. усилителе типа 1УТ531.

Часто интегральные операционные уси­лители применяют для построения RC- автогенераторов. На рис.201 изображена схема RC- автогенератор а с мостом Вина на интегральном операционном усилителе типа 1УТ402. Мост Вина (R1C1, R2 C2) включен в цепь положительной обратной связи между выходом (вывод 5) и неинвертирующнм входом (вывод 10). Цепь отри­цательной обратной связи, являющаяся резистивным регулируемым делителем R₃ R₄, включена между выходом и инвер­тирующим входом (вывод 9) усилителя.

Схема RC- автогенератор а с двойным Т-образным мостом на интегральном опе­рационном усилителе типа 1УТ401Б при­ведена на рис.202. Двойной Т-образный мост включен как цепь отрицательной об­ратной связи между выходом (вывод 5) и инвертирующим входом (вывод 9) интегрального усилителя. Положительная обратная связь создается с помощью делителя R₄R₅, включенного между выходом и неинвертирующим входом (вывод 10) усилителя.

Рис. 201. Схема RС-автогенератора с мостам Вина на интегральной операционном усилителе типа 1УТ402

Стабилизацию частоты в автогенераторах на интегральных микро­схемах осуществляют теми же способами, которые были рассмотрены ранее.

На рис. 203 представлена схема автогенератора с кварцевым ре­зонатором па интегральном операционном усилителе типа 1УТ401. Сигнал положительной обратной связи подается с выхода (вывод 5) через делитель R₃ R₄ на неинвертирующий вход (вывод 10) усилителя. Кварц включен в цепь положительной обратной связи. Частота неза­тухающих колебаний соответ-ствует частоте резонанса напряжений кварца. В цепь отрицательной обратной связи,

Рис. 202. Схема RC-автогенератора с двойным Рис. 203.Схема автогенератора с квар-

Т-образным мостом па интегральном цевым резонатором на инте­гральном

операционном усилителе тина 1У Т401Б операционном усилителе типа 1УТ401Б

включенную между выходом и инвертирующим входом (вывод 9) интегрального усилителя,

входит сопротивление резистора R_t и канала полевого транзистора Т.

Благодаря изменению сопротивления канала полевого транзистора стабилизируется амплитуда выходного напряжения. Управление со­противлением канала осуществляют через затвор транзистора, на который через диод Д, сглаживающий фильтр R₅C1 и делитель R₆ R₇ поступает постоянное напряжение. При увеличении амплитуды вы­ходного напряжения повышается напряжение, подаваемое на зат­вор, что приводит к уменьшению выходного сигнала. Изменением ве­личины сопротивления R_1, включенного в цепь положительной обрат­ной связи, можно добиться минимальных нелинейных искажений. Автогенераторы гармонических колебаний низкой и высокой час­тот нашли широкое применение в промышленной электронике. Так, автогенераторы высокой частоты используют для контроля состава и качества различных веществ, для высокочастотного нагрева и свар­ки диэлектриков и металлов. Большое распространение получили ав­тогенераторы низкой частоты, применяемые для контроля состава и ка­чества веществ, механической обработки различных материалов и т. д.