Генератор Twin-T

Посилання на сторінку сайту магазину Gtest® з номенклатурою генераторів сигналів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти наведені наприкінці цього розділу.

Генератор Twin-T

Генератор Twin-T - це ще одна схема RC-генератора, яка використовує два паралельно з'єднані RC-ланцюги для створення синусоїдального вихідного сигналу однієї частоти.

Генератори Twin-T - це ще один тип RC-генератора, який формує синусоїдальний вихідний сигнал для застосувань із фіксованою частотою, аналогічно генератору з мостом Віна. Генератор Twin-T використовує два RC-ланцюги у формі «Т» у своєму колі зворотного зв'язку між виходом та інвертувальним входом підсилювача.

Як ми вже бачили, генератор по суті є підсилювачем із позитивним зворотним зв'язком, який має фіксований коефіцієнт підсилення напруги, необхідний для підтримки коливань, і генератор Twin-T не є винятком.

Зворотний зв'язок забезпечується RC-ланцюгом Twin-T, який повертає частину вихідного сигналу на вхід підсилювача. Таким чином RC-ланцюг забезпечує зсув фази на 180°, а підсилювач додає ще 180°. Разом це створює загальний фазовий зсув 360°, необхідний для підтримання коливань.

На відміну від класичного RC-генератора зі зсувом фаз або генератора з мостом Віна, генератор Twin-T використовує дві взаємопов'язані Т-подібні RC-мережі, з'єднані паралельно.

Подвійний Т-генератор використовує пасивний RC-ланцюг з двома Т-секціями, які мають протилежне розташування елементів R і C та з'єднані між собою паралельно.

Мережа Twin-T

Один із пасивних RC-ланцюгів має низькочастотну характеристику, а інший - високочастотну. Подібна схема вже використовується в режекторних фільтрах.

У цьому випадку паралельно з'єднані Т-подібні RC-ланцюги формують характеристику режекторного фільтра, центральна частота якого відповідає частоті генерації коливань.

У результаті коливання не можуть виникати на частотах, вищих або нижчих за налаштовану частоту режекторного фільтра через негативний зворотний зв'язок подвійної мережі.

На налаштованій частоті негативний зворотний зв'язок стає мінімальним, а позитивний зворотний зв'язок підсилювача домінує, створюючи стабільні коливання на одній частоті.

Частотно-вибіркова мережа Twin-T формує передатну функцію, у якій частота, глибина провалу та фазовий зсув визначаються значеннями компонентів.

Для низькочастотного R-C-R ланцюга:

Для високочастотного C-R-C ланцюга:

Де:

• ƒC - частота коливань у герцах.
• R - опір зворотного зв'язку в омах.
• C - ємність зворотного зв'язку у фарадах.
• π (пі) - математична константа приблизно 3,142.

Для реалізації генератора Twin-T найчастіше використовують операційний підсилювач, який забезпечує необхідне підсилення та високий вхідний опір.

Підсилення генератора Twin-T

Стандартні операційні підсилювачі забезпечують високий коефіцієнт підсилення, високий вхідний та низький вихідний опір, що робить їх ідеальними для генераторів Twin-T.

На частоті генерації коефіцієнт передачі мережі зворотного зв'язку наближається до нуля, тому необхідний підсилювач із коефіцієнтом підсилення значно більшим за одиницю.

Позитивний зворотний зв'язок забезпечується резистором R1, а резистор R2 використовується для запуску генерації. Зазвичай співвідношення R1/R2 має бути більшим за 100.

Необхідний коефіцієнт підсилення реалізується за допомогою неінвертувального підсилювача, де частина вихідної напруги подається на неінвертувальний вхід через дільник напруги.

Негативний зворотний зв'язок від мережі Twin-T подається на інвертувальний вхід операційного підсилювача.

Схема генератора Twin-T

Резистор Т-подібної гілки R/2 часто виконують у вигляді підлаштувального потенціометра для компенсації допусків компонентів та забезпечення стабільного запуску генератора.

Приклад розрахунку генератора Twin-T

Необхідно отримати синусоїдальний сигнал частотою 1 кГц. Використовується операційний підсилювач із коефіцієнтом підсилення 200.

Приймаємо значення резисторів R = 10 кОм та визначаємо необхідну ємність конденсатора за формулою частоти генерації.

У результаті отримуємо R = 10 кОм та C = 16 нФ. Центральний конденсатор становить 33 нФ.

Для компенсації відхилення номіналу використовується підлаштувальний резистор приблизно 5 кОм.

За умови вибору R2 = 1 кОм резистор R1 повинен мати номінал 200 кОм для забезпечення необхідного коефіцієнта підсилення.

Остаточна схема генератора Twin-T

Підсумок

Генератор Twin-T можна легко реалізувати за допомогою кількох пасивних компонентів та операційного підсилювача. Налаштований RC-ланцюг забезпечує формування стабільного синусоїдального сигналу на одній визначеній частоті.

Дві Т-подібні мережі працюють у протифазі, створюючи нульовий вихід на частоті провалу та необхідні умови для генерації на заданій частоті.

Для максимальної точності частоти генерації рекомендується використовувати підлаштувальний резистор та компоненти з мінімальними допусками.

Основним недоліком генератора Twin-T є висока залежність частоти генерації та якості сигналу від точності резисторів і конденсаторів, тому підбір компонентів має велике значення.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник генераторів сигналів в Україні:

купити генератор сигналів в Україні