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:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива LG Concept Notebook 21.01.2007 LG Electronics получила очередную престижную награду в области дизайна Red Dot Award. На этот раз она вручена компании за разработку новой концепции ноутбука. Спроектированный дизайнерами LG портативный ПК имеет OLED-экран, который существенно тоньше стандартных ЖК. Он не требует широкой рамки по краям и потребляет меньше электроэнергии. Клавиатура также представляет собой цельную тактильную OLED-панель (наподобие той, что уже реализована в телефонах LG Chocolate).

Другие интересные новости:

▪ Смартфоны как помощники в предотвращении лесных пожаров и прогноза экстримальной погоды

▪ Боевой лазер HELIOS

▪ Серийный электрический SUV Smart #1

▪ Toshiba обещает выпустить батарею со сроком службы 10 лет

▪ Контактные линзы опасны для природы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

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

▪ статья От прекрасных здешних мест. Крылатое выражение

▪ статья Как размножается медуза? Подробный ответ

▪ статья Каштан обыкновенный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Устройство управления вентилятором охлаждения усилителя мощности. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Эквалайзеры звуковых сигналов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026