@ -Генератор гармонических колебаний Советский патент 1985 года по МПК H03B5/26 

Изобретение относится к радиотех нике, а именно к устройствам генери рования гармонических колебаний, и может быть использовано в аппаратур предназначенной для точных измереНИИ, для питания неравновесных изме рительных мостов и т.д. Целью изобретения является повышение температурной стабильности амплитуды выходного напряжения. На чертеже представлена структур ная электрическая схема RC-генерато ра гармонических колебаний. RC-генератор гармонических колебаний содержит первый операционный усилитель 1, частотозависимый мост Вина, первый терморезистор 3, резис тор 4, второй операционный усилитель 5, второй и третий терморезисторы 6 и 7. При этом резистор 4,второй операционный усилитель 5 и второй и третий терморезисторы 6 и 7 образуют те-рмозависимую цепь 8. RC-генератор работает следующим образом. При известных условиях в RC-генераторе возникают гармонические колебания тока, амплитуда которых первоначально возрастает. Первый терморезистор 3, работающий в инерционнонелинейном режиме, нагревается под действием тока, температура его увеличивается, а сопротивление уменьшается, в то время как сопротивление термозависимой цепи 8 при неизменной температуре термостата, в который помещены все терморезисторы, не изме няется (так как термозависимая цепь 8 составлена таким образом, что терморезисторы 6 и 7, входящие в нее находятся в линейном режиме, т.е. практически не нагреваются под действием тока, а следовательно, принимают температуру термостата). Изме нение сопротивления терморезистора 3 ведет к тому, что коэффициент передачи цепи, образованной последовательным соединением частотозависимого моста 2 Вина и операционного усилителя 1, которая в RC-генераторе замкнута сама на себя, уменьшается, что препятствует дальнейшему увеличению амплитуды переменного тока, текущего через терморезистор 3. В результате амплитуда напряжения на выходе RC-генератора не доходит до такого уровня, на котором появляются нелинейные искажения, а. стабилизируется на величине, меньшей этого уровня. Таким образом, при температуре Т термостата на выходе КС-генератора устанавливаются гармонические колебания стабильной амплитуды (или изменяющейся около стабильного среднего значения). Если температурная чувствительность терморезистора 3 достаточно велика, а прогревается он током достаточно сильно, то и при других температурах термостата, несколько отличных от TO, также возникают стабильные гармонические колебания со своими стабильными параметрами. Когда температура термостата изменяется медленно (что обычно имеет место), то колебания RC-генератора проходят последовательность стабильных состояний, каждое из которых отвечает определенной температуре термостата, причем в каждом из стабильных состояний коэффициент передачи цепи (замкнутой сама на себя) должен быть равен 1, а скорость теплообмена терморезистора 3 с термостатом должна быть равна мощности, выделяемой на терморезисторе 3 за счет протекания тока, т.е. должно выполняться уравнение теплового баланса. Итак, при любой температуре Т в установившемся режиме колебаний RC-генератора выполняются два соотношенияW Н (Т-Т,,), i. W - мощность, вьщеляемая на терморезисторе 3 при протекании по нему тока; Н - коэффициент теплоотдачи терморезистора 3; Т - температура терморезистора 3; Кф - коэффициент передачи частотозависимого моста 2 Вина на частоте генерации, R и Rj - сопротивления соответственно термозависимой цепи 8 и терморезистора 3. При постоянном к ф n:s соотношения (2) следует, что при любом „ RI отношение -- устанавливается одним и тем же, т.е. 1 const 5R 5Rj, где 5R ибК относительные изменения сопротивле ний R. и Rj, определяемые, как 4R . Лв- 5l± R, Лп R, где ARy и изменения R и , Отметим, что из выргикения (4) и из того факта, что ток, текущий че рез сопротивления R. и Rj, один и тот же (вследствие большого выходн го сопротивления операционного уси лителя 1), относительные изменения 6и, ,61) и 5U} напряжений U , U,j и и соответственно на термозависимой цепи 8, терморезисторе 3 и выходе RC-генератора равны между собой5 Ui 6Uj Su. в предлагаемом Re-генераторе сопротивление R зависит от температуры, позтому с изменением Т сопротивление R изменяется (термо резистор,, работающий в линейном ре жиме, принимает температуру термостата) , а значит изменяется -и температура Т терморезистора 3. При этом при фиксированном л Т,, измене ние RJJ, а следовательно, и изменение Т определяются трлько температурным козффициентом сопротивления R, поэтому изменение разности Т - Т в выражении (1) при увеличении или уменьшении Т может быть как положительным, так и отрицательным, т.е. мощность, вьщеля мая на Rjj может как возрастать, так и уменьшаться в зависимости от величины температурного коэффициента сопротивления R. Если, например, при увеличении TO разность T-TQ увеличивается, а с ней 554 увеличивается и мощность W, то так как Rj при этом уменьшается, величина U W-Rj остается неизменной при условии, что температурный коэффициент oL термозависимой цепи 8 при номинальной температуре Тд больше по сравнению с фиксированным температурным коэффициентом оС 2 и отношение этих коэффициентов находится в соответствии с формулой . (5) ,Т„)М прячем (2+()l.jT,)/ находится в пределах 0,2-0,6. Именно при таком соотношении между температурными коэффициентами термозависимой цепи 8 (R,) и терморезистора 3 (К,) величины Uj , а следовательно, и 5u оказываются очень малыми. При малых изменениях температуры термостата изменение AUj напряжения U.j определяется с точностью до членов второго порядка малости по аТо и дТ полным дифференциалом величины и (т - TO)RJ (Т) М.М -тВид функции RJ(Т) для терморезистора 3 известен А-Р- т где AJ и Bj - коэффициенты, почти не зависящие от температуры и завися1цие от индивидуальности терморезистора 3. Поэтому после дифференцирования получаем (т-То)(--Ь)дТ-аТо}.(8) , Но ввиду равенства (4) &Т и аТд между собой связаны «,&Тв - ipfAT, -iLтемпературный коэффициент терморезистора 3 при температуре Т. Подставляя величину jeT, взятую из выражения (9), в соотношение (8) и выражая В через величинуoL температурного коэффициента терморезис тора 3 при температуре Тд( di -f). получаем ,1(. (10 а относительное изменение выходного напряжения записывается I , би аиг {: Д|-: гЧт-Тои,-1}лт,, ы гдебТр - относительное изменение температуры термостата, определяемое как5 г Вводя величину бТг- начального относительного перегрева термо резистора 3 и преобразуя соответствующим образом выражение в фигурных скобках в формуле (11), пренебрегая при этом членами второго порядка малости, содержащими (5т), получаем(.). (1 Отсюда видно, что при выполнении условия (13 . (T(2+.rTo)-fl дрейф амплитуды RC-генератора при изменении температуры среды вблизи номинальной оказывается пренебрежимо малым (равным нулю с точностью до членов второго порядка малости) Так , переписываем выра.жение (13) для наглядности в виде о ч .Лг 5Т(г-/еСг/То)1 -. ( 1-де / oL i I - модуль. Анализируя условие (14), отметим, что при TO 2 условие (14) выполняется независимо от величины оТ, характеризующей режим работы тёрморезистора. Однако при комнатных температурах необходимая величина I оказывается слишком малой (,6%/град), тогда как температурный коэффициент терморезисторов составляет обычно порядка 4%/град. Можно ожидать, что при слишком малом температурном коэффициенте о КС-генератор не будет нормально функционировать, т.е. вырабатывать стабильные и без искажений гармонические колебания. При комнатных температурах (293jr10 К) в случае обычно используемых, в качестве инерционно-нелинейного элемента терморезисторов величина Б Т (2-(сСг.| Т) отрицательна. При этом, если/S Т(2-|с(.2)Т„| 1, то г Л-гПри /бТ(2-/ы JTo)l величина отношения - необходимая для выполнения условия (14), сильно возрастает. Бели же / бТ(2-/еСг( Тд)/ 1, 5 1, т.е. температурный коэффициент термозависимой цепи 8 (сопротивление R) должен быть противоположного по сравнению со знака. Исследован случай, когда при tCik 4%/град величина / § Т(2-/оСгДо)/ i 1 и лежит в пределах 0,20,6. Этот случай наиболее доступен для RC-генераторов, выполненных на основе интегральных микросхем,так i как величина перегрева & мощность, вьщеляемая на терморезисторе 3, невелика. Слишком малые перегревы могут привести либо к срыву генерации, либо к нелинейным искажениям, возникающим вследствие увеличения амплитуды колебаний до насьпцения. При больших величинах 5 Т на терморезисторе 3 выделяется слишком большая мощность, что также может привести к ухудшению коэффициента нелинейных искажений ввиду того, что изменение температуры, а следовательно, и сопротивления терморезистора 3 может произойти уже в течение одного периода олебаний. Если величина / $ T(2-/oCt/ TO)/ выбрана в пределах 0,2-0,6, то для достижения малой температурной нестабильности величина отношения должна быть выбрана из интервала ,25-2,5 в соответствии с формулой (14). Целесообразно выбирать терморезистор 3 и режим его работы не зависимо от требования температурной стабильности, а как и в известном

RC-ГЕНЕРАТОР ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ, содержащий первый операционный усилитель, к выходу которого подключен вход частотозависимого моста Вина, между выходом и инвертирующим входом первого операционного усилителя включен первый терморезистор, а также второй операционный усилитель, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а выход - с одним выводом резистора, отличающийся тем, что, с целью повьшения температурной стабильности амплитуды выходного напряжения, выход частотозависимого моста Вина подключен к неинвертирующему входу первого операционного усилителя, между выходом и инвертирующим входом второго операционного усилителя включены введенные последовательно соединенные второй и третий терморезисторы, точка соединения (Л которых подключена к инвертирующему с входу первого операционного усилителя, а другой вывод резистора подключен к инвертирующему входу второго операционного усилителя. .:П ;о ел СП