На Рисунке 1 показана разновидность генератора синусоидальных колебаний, в котором используются всего два транзистора и один переменный резистор для установки частоты.
Рисунок 1. | Для простого перестраиваемого генератора синусоидальных колебаний требуется всего несколько компонентов. |
Секция, содержащая транзистор Q1, представляет собой полосовой фильтр с многократной обратной связью (multiple feedback bandpass filter, MFBF). Обычное исполнение такого фильтра показано на Рисунке 2.
Рисунок 2. | Стандартная реализация MFBF. |
Формулы для этих фильтров можно найти практически в любом учебнике (где C = C1 = C2):
Обратите внимание, что центральная частота, среди прочего, определяется сопротивлением резистора R3. Коэффициент усиления фильтра задается отношением R2/R1 таким образом, что
Обычно этот фильтр реализуется с помощью операционного усилителя, но также может быть сделан на основе инвертирующего транзисторного усилителя. Однако из-за ограниченного усиления без обратной связи последнего коэффициента усиления на высоких частотах будет недостаточно.
Секция с транзистором Q2 представляет собой инвертирующий усилитель, коэффициент усиления которого без нагрузки равен R8/R7. Диоды D1 и D2 вместе с резистором R8 образуют ограничитель, обеспечивающий постоянный уровень сигнала, подаваемого на MFBF.
На центральной частоте фильтра сдвиг фазы составляет 180°. Вместе со сдвигом фазы на 180°, создаваемым каскадом на транзисторе Q2, общий фазовый сдвиг на этой частоте получается равным 360°. Благодаря значительному коэффициенту усиления транзистора Q2 усиление петли обратной связи превышает единицу. Таким образом, критерии устойчивости Баркхаузена выполнены.
Относительное мягкое ограничение диодами D1 и D2 вместе с фильтром на транзисторе Q1 уменьшают количество гармоник в выходном сигнале. Центральную частоту определяют пассивные компоненты, окружающие Q1.
При указанных номиналах компонентов частоту можно устанавливать в диапазоне от 498 Гц до 1230 Гц, изменяя сопротивление R3 от 1 кОм до 6 кОм. При этом пиковое значение выходной амплитуды изменяется от 1.28 В до 0.68 В. Искажения синусоиды составляют примерно 1% (Рисунок 3).
Рисунок 3. | Осциллограмма показывает выходной сигнал генератора на частоте около 1 кГц. |
Изменение напряжения питания от 9 В до 12 В приводит к изменению частоты всего на 2 Гц и изменению амплитуды выходной синусоиды от 0.80 В до 0.86 В.