Применение гиратора в резонансных усилителях и генераторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Радиолюбителю-конструктору

 Комментарии к статье

При разработке низкочастотных резонансных усилителей и генераторов гармонических колебаний конструкторы обычно стараются обойтись без трудоемких в изготовлении катушек индуктивности. Чаще всего в этих случаях они применяют мост Вина, позволяющий построить квазирезонансное устройство, используя только частотно-зависимые RC-цепи. Однако наряду с таким неоспоримым достоинством, как простота, конструкции на базе моста Вина имеют, к сожалению, существенный недостаток. Они чрезвычайно чувствительны к малейшему разбалансу параметров элементов моста. Чтобы обойти этот недостаток, автор публикуемой статьи предлагает вместо моста Вина использовать LC-контур на базе искусственной катушки индуктивности, реализуемой с помощью электронного устройства, называемого в радиотехнике гиратором. Хотя схемы резонансных усилителей и генераторов гармонических колебаний в этом случае усложняются, они позволяют получить более стабильные результаты.

Применение в радиолюбительских конструкциях гиратора, схема которого приведена в [1], весьма удобно. К сожалению, в первоисточнике это устройство описано только в общих чертах и многие его положительные свойства совершенно не раскрыты. Нет и примеров практического использования гиратора.

Принципиальная схема гиратора приведена на рис. 1.

Теоретический анализ его работы показывает, что при идеальных операционных усилителях (ОУ) входное сопротивление гиратора Zвх носит чисто индуктивный характер. Причем величина индуктивности определяется следующим соотношением:

Zвх=Lвх=R1*R2*R4*C1/R3, где R - Ом; С - нФ; L - Гн.

Однако, поскольку коэффициент усиления реальных ОУ не бесконечен, а их усиление падает с ростом частоты, в создаваемой гиратором индуктивности появляются потери и добротность ее снижается. Если принять R1=R2=R, R3=R4=r и wRC1=1, добротность можно рассчитать по формуле: Q=K0/(2+2K0f/fв), где Ко - коэффициент усиления ОУ; f и fв - рабочая частота и частота, на которой коэффициент усиления ОУ уменьшается в 1,41 раз. Так как К0 обычно очень велик, на низких частотах можно получить очень высокие значения добротности.

Если к такой искусственной катушке индуктивности подключить конденсатор, то образованный ими колебательный контур можно использовать в резонансных усилителях и генераторах гармонических колебаний. Схема одного из усилителей с параллельным колебательным контуром показана на рис. 2.

На низких частотах, когда K0f/fв << 1 (а только этот случай и будет в дальнейшем рассматриваться), резонансная частота такого контура f0=(R3/R1*C1*R2*R4*C2)1/2 /(2*PI). добротность Q=R0(R3*C1/R1*R2*R4*C2)1/2, полоса пропускания df=1/2PI*R0*C1. Коэффициент усиления всего усилительного тракта Км=2.

Как следует из соотношения, для определения резонансной частоты помимо одиночных и сдвоенных конденсаторов переменной емкости ее можно перестраивать одиночными и сдвоенными переменными резисторами. Применение сдвоенных элементов позволяет получить значительно более широкий диапазон перестройки, а использование одиночных элементов более удобно конструктивно. Большой диапазон перестройки можно получить, если функции органа перестройки частоты будет выполнять переменный резистор, включенный вместо постоянных резисторов R3 и R4. Однако в этом случае выходной сигнал следует снимать с движка этого резистора, иначе коэффициент усиления напряжения будет зависеть от частоты перестройки.

В усилителе, схема которого приведена на рис. 3, используется последовательный колебательный контур.

В этом случае на резонансной частоте резко увеличивается коэффициент усиления. Вместо двух он становится равным Км=2Q. Добротность же будет определяться соотношением:

Q = (R1*R2*R4*C2/R3*С1)^1/2/R0.

Коэффициент усиления усилителя не будет зависеть от частоты, если для ее перестройки использовать сдвоенный конденсатор переменной емкости, однако полоса пропускания будет при этом меняться.

На базе резонансного усилителя с параллельным контуром (рис. 2) можно легко построить режекторный усилитель (рис. 4). Поскольку в резонансном усилителе на резонансной частоте сигнал на инвертирующем входе ОУ DA1 равен входному сигналу, достаточно из первого сигнала вычесть второй, чтобы получить отсутствие выходного. Операцию вычитания выполняет ОУ DA3. Обеспечить нулевую разность сигналов на других частотах уже не удастся.

Для преобразования резонансного усилителя в генератор гармонических колебаний необходимо скомпенсировать потери энергии в колебательном контуре [2]. В генераторах, схемы которых показаны на рис. 5 и 6, компенсация достигнута введением в контур регулируемого отрицательного сопротивления. В генераторе (рис. 5) его функции выполняет делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора R6 и полупроводникового термистора R5. С ростом амплитуды генерируемого напряжения температура термистора будет увеличиваться и сопротивление его начнет падать. В результате вносимое им в колебательный контур отрицательное сопротивление будет уменьшаться и таким образом стабилизировать генерируемое генератором напряжение. Подбором сопротивления резистора R6 можно добиться максимального стабилизирующего действия термистора.

В качестве последнего лучше всего использовать приборы, предназначенные для стабилизации режима работы генераторов гармонических колебаний с мостом Вина, например, указанный на схеме термистор ПТМ2/0.5. Если же такой термистор достать не удастся, то можно использовать термисторы, применяемые в измерителях мощности, или выполнить генератор по схеме, приведенной на рис. 6. В этом генераторе функции стабилизации выполняет сверхминиатюрная сигнальная лампа накаливания СМН. Такие лампы широко применялись в старых вычислительных машинах. Стабилизация режима работы генератора может быть достигнута лишь в том случае, когда нить накаливания лампы будет разогрета докрасна. Однако обычный ОУ такой ток обеспечить не сможет, поэтому в генератор пришлось ввести усилитель тока на транзисторе КТ603Б.

Рассмотренные здесь устройства стабилизации генерируемого напряжения вполне эффективны. Достаточно сказать, что при изменении переменным резистором частоты генерации в пять раз величина генерируемого напряжения изменялась не более чем на 1%. Коэффициент нелинейных искажений в диапазоне звуковых частот не превышал 0,1 % и увеличивался на более низких и более высоких частотах В первом случае - из-за недостаточной тепловой инерции термистора или лампочки, а во втором - вследствие снижения добротности контура с гиратором в качестве искусственной индуктивности.

Литература

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т. 1. - М.: Мир, 1993, с. 297.
2. Петин Г. П. Транзисторные усилители, генераторы и стабилизаторы. - М.: Энергия, 1978.

Автор: Г.Петин, г.Ростов-на-Дону

Смотрите другие статьи раздела Радиолюбителю-конструктору.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Бактерии для превращения сахаров в искусственную нефть 25.11.2021 Американские биохимики создали штамм кишечной палочки, который может производить биотопливо, используя в качестве сырья различные сахара. "Мы создали двухступенчатый биохимический процесс, благодаря которому глюкозу можно напрямую превращать в непредельные углеводороды при помощи живых и неживых катализаторов. Производство биотоплива подобным образом приблизит человечество к созданию полноценной "зеленой энергетики", - рассказала Ван Чжэнь, доцент Университета Буффало и один из авторов исследования. За последние десятилетия ученые придумали несколько методов превращения растительной биомассы в топливо. Как правило, оно производится в несколько этапов с участием грибков и разных видов бактерий. Эти виды топлива можно использовать, однако их довольно дорого производить, да и по энергемкости они уступают бензину. Ван Чжэнь и ее коллеги предложили решить эту проблему при помощи бактерий, которые могут напрямую превращать растительное сырье и содержащиеся в нем сахара в смесь непредельных углеводородов, которые по составу и свойствам похожи на бензин, дизельное топливо и другие нефтепродукты. Для этого ученые встроили в геном обычной кишечной палочки четыре гена с "инструкциями" по производству ферментов, которые постепенно превращают глюкозу и другие сахара в жирные кислоты. Эти белки специалисты подобрали таким образом, что они не мешали работе всех остальных клеточных систем, связанных с синтезом жиров, поэтому они не угрожали жизни микробов. Все эти ферменты были позаимствованы из геномов других бактерий, в частности, болезнетворного микроба Treponema denticola, связанного с развитием пародонтита. Биохимики адаптировали эти белки для работы друг с другом, а затем проверили, сможет ли созданная ими кишечная палочка превращать сахар в аналог бензина и других нефтепродуктов. Опыты показали, что для его производства нужен еще один компонент - катализатор на основе окиси ниобия. Он превращает жирные кислоты в непредельные углеводороды. В комбинации с микробами этот катализатор может превращать около 8% от изначальной массы глюкозы в биологический аналог нефти.

Другие интересные новости:

▪ Графеновый фильтр для воды

▪ Голографические кнопки для бесконтактного управления техникой

▪ Электропровода из пластика

▪ Скоростное создание алмазов

▪ Мобильные платформы Snapdragon 665, Snapdragon 730 и Snapdragon 730G

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Регуляторы мощности, термометры, термостабилизаторы. Подборка статей

▪ статья Авиакатастрофы. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Как англичанам запомнить фразу Я люблю вас? Подробный ответ

▪ статья Иссоп лекарственный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Две антенны для Си-Би-радиостанции. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Бесподстроечные контуры для передатчиков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026