Генератор Twin-T

Посилання на сторінку сайту Магазину Gtest(R) з номенклатурою генераторів сигналів, а також рекомендовані прилади та статті для подальшої самоосвіти - наприкінці цієї 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 видає синусоїдальний вихідний сигнал для використання у додатках з фіксованою частотою, аналогічних генератору з мостом Вайна. Генератор Twin-T використовує два RC-ланцюги у формі «Т» у своєму зворотному зв'язку (звідси і назва) між виходом та входом підсилювача, що інвертує.

Як ми бачили, генератор в основному є підсилювачем з позитивним зворотним зв'язком, який має фіксовану величину посилення напруги, необхідну для підтримки коливань, і генератор Twin-T нічим не відрізняється.

Зворотний зв'язок забезпечується RC-ланцюгом, налаштованим у вигляді Twin-T, що дозволяє повертати частину вихідного сигналу на вхідний термінал підсилювача. Таким чином, RC-ланцюг Twin-T забезпечує зсув фази на 180°, а підсилювач забезпечує ще 180° зсуву фази. Ці дві умови створюють 360° зсуву фази, що дозволяє підтримувати коливання.

На відміну від типового RC-генератора зі зсувом фаз, який конфігурує резистори зворотного зв'язку та конденсатори у сходову мережу, або стандартного генератора з мостом Вина, який використовує резистори та конденсатори у бруківці конфігурації.

Подвійний Т-генератор (іноді відомий як паралельний Т-генератор) використовує пасивний резистивно-ємнісний (RC) ланцюг з двома взаємопов'язаними Т-секціями (мають елементи R і C в протилежній конфігурації), з'єднаними разом паралельно, як показано.

Сеть Twin-T

Очевидно, що один із пасивних RC-ланцюгів має низькочастотний відгук, а інший — високочастотний, і ми вже бачили цю схему RC-ланцюга у нашому посібнику з режекторного фільтру.

На цей раз різниця в тому, що ми використовуємо об'єднані паралельні RC-ланцюги з Т-подібною конфігурацією для отримання відгуку типу режекторного фільтра, центральна частота якого дорівнює бажаній нульовій частоті коливань.

В результаті коливання не можуть виникати на частотах вище або нижче настроєної частоти режекторного фільтра через негативний зворотний зв'язок, створеної через дволанцюжкову мережу.

Однак на налаштованій частоті будь-який негативний зворотний зв'язок стає незначним, що дозволяє позитивного зворотного зв'язку, створеного підсилювальним пристроєм, домінувати, створюючи коливання на одній єдиній частоті (на відміну від генератора з мостом Вина, який можна регулювати у великому діапазоні частот).

Потім частотно-виборча дволанцюгова мережа дволанцюгового генератора створюється вихідну передатну функцію, в якій частота, глибина і фазовий зсув режекторного фільтра визначаються використовуваними значеннями компонентів. Таким чином, окремі подвійні Т-подібні ланцюги, що становлять RC-ланцюг, визначаються такими рівняннями:

Для низькочастотного R-C-R-ланцюга:

Для високочастотної мережі C-R-C:

Поєднання цих двох наборів рівнянь дасть нам остаточне рівняння для нульової або центральної частоти провалу, що призводить до коливань у двох-Т-мережі

Де:

• ƒC — частота коливань у Герцах

• R — опір зворотного зв'язку в Омах

• C — ємність зворотного зв'язку у Фарадах

• π (пі) - константа зі значенням близько 3,142

Визначивши схему подвійного Т-подібного генератора, який забезпечує необхідний зсув фази на 180°, що відбувається на нульовій частоті від -90° до +90° (на відміну від нуля до 180° для генератора з мостом Вина), нам потрібна схема підсилювача забезпечення посилення напруги. Схеми подвійного Т-образного генератора найкраще реалізувати шляхом об'єднання схеми зворотного зв'язку RC з операційним підсилювачем, оскільки через їх високі характеристики вхідного імпедансу операційні підсилювачі, як правило, краще працюють з цим типом генератора в порівнянні з транзисторами.

Посилення Twin-T

Стандартні операційні підсилювачі можуть забезпечити високий коефіцієнт посилення напруги, високий вхідний опір, а також низький вихідний опір і, отже, є чудовими підсилювачами для генераторів з двома Т-подібними елементами. На частоті коливань cc коефіцієнт посилення зворотного зв'язку падає майже до нуля, тому нам потрібен підсилювач з коефіцієнтом посилення напруги, набагато більшим одиниці (одиниці).

Позитивний зворотний зв'язок, необхідний для коливань, забезпечується резистором зворотного зв'язку R1, тоді як резистор R2 забезпечує запуск. Як правило, щоб гарантувати, що схема коливатиметься якомога ближче до необхідної частоти, відношення цих двох резисторів має бути більше ста (>100).

Щоб отримати необхідний позитивний коефіцієнт посилення на частоті коливань, ми можемо використовувати конфігурацію підсилювача, що не інвертує, в якій невелика частина вихідного сигналу напруги подається безпосередньо на неінвертуючий (+) вхідний термінал через відповідну мережу дільника напруги.

Негативний зворотний зв'язок, створюваний схемою генератора з двома Т-подібними елементами, підключений до інвертуючого (-) вхідного терміналу. Ця замкнута конфігурація створює неінвертуючу схему генератора з дуже хорошою стабільністю, дуже високим вхідним опором та низьким вихідним опором, як показано на малюнку.

Схема генератора Twin-T

Потім ми бачимо, що генератор twin-T отримує свій позитивний зворотний зв'язок на неінвертуючий вхід через мережу дільника напруги і негативний зворотний зв'язок через RC-ланцюг twin-T. Щоб гарантувати, що схема коливатиметься на потрібній одній частоті, резистор «Tee-leg» R/2 може бути регульованим підстроювальним потенціометром, але також може бути налаштований для компенсації допусків конденсатора, так що схема коливатиметься при запуску.

Приклад генератора Twin-T №1

Для отримання вихідного синусоїдального сигналу частотою 1 кГц для використання в електронній схемі потрібна схема генератора з двома Т-подібними транзисторами. Якщо використовується операційний підсилювач з коефіцієнтом підсилення 200, розрахуйте значення визначальних частоту компонентів R і C, а також резисторів посилення. Частота коливань повинна становити 1 кГц, якщо ми виберемо розумне значення для двох резисторів зворотного зв'язку, R = 10 кОм (пам'ятайте, що ці два резистори повинні мати однакові значення), ми можемо розрахувати необхідне значення конденсатора, використовуючи формулу частоти коливань, наведену вище .

Таким чином, R = 10 кОм, а C = 16 нФ. Центральний конденсатор трійника 2C = 2 x 16 нФ = 32 нФ, тому використовується найближче значення 33 нФ.

Оскільки значення трійника-конденсатора високочастотної гілки становить 33 нФ і, отже, не зовсім рівне 2C (2 x 16 нФ), ми можемо скоригувати цю зміну та забезпечити правильний запуск коливань, відрегулювавши трійник-резистор низькочастотної гілки на ту саму величину.

Таким чином, точне значення R(leg) буде 10 кОм/2 = 5 кОм, але розрахункове значення цього резистора дається як: R(leg) = R/(33 нФ/16 нФ) = 4,85 кОм. Очевидно, що тоді використання підстроювального резистора 5 ком відповідатиме нашим вимогам у цьому прикладі.

Коефіцієнт посилення контуру операційного підсилювача повинен дорівнювати 200, тому, якщо ми виберемо значення 1 кОм для R2, ​​то резистор R1 дорівнюватиме 200 кОм, як показано на малюнку.

Остаточна схема генератора Twin-T

Короткий опис схеми генератора Twin-T

У цьому посібнику ми побачили, що схеми генератора Twin-T можна легко побудувати, використовуючи деякі пасивні компоненти та операційний підсилювач. Схема генератора Twin-T використовує налаштований RC-ланцюг для ланцюга зворотного зв'язку, щоб створити необхідну синусоїдальну вихідну форму хвилі. Будучи двома T-ланцюгами, з'єднаними разом паралельно, вони працюють у протифазі один з одним, створюючи нульовий вихід на нульовій частоті, але кінцевий вихід на всіх інших частотах.

В результаті схема не коливатиметься на частотах вище або нижче настроєної частоти через негативний зворотний зв'язок через RC-ланцюг Twin-T. Тому на нульовій частоті напруга на вході, що не інвертує, операційного підсилювача знаходиться у фазі з його вихідною напругою, що призводить до безперервних коливань на бажаній частоті.

Щоб гарантувати, що частота коливань максимально близька до нульової частоти, можна використовувати резистор підлаштування в трійниковому резисторі каскаду нижніх частот, щоб збалансувати RC-ланцюг для запуску і чистоти вихідної форми хвилі.

Одним з основних недоліків «подвійного Т-подібного генератора» є те, що частота коливань та якість вихідного сигналу багато в чому залежать від взаємодії резисторів і конденсаторів у подвійній Т-подібній схемі, тому очевидно, що значення та вибір цих компонентів мають бути точними, щоб забезпечити коливання на бажаній нульовій частоті.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник генераторів сигналів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/generatory