Трехфазные ГУН (генераторы, управляемые напряжением) используются во многих приложениях, включая инверторные блоки питания и электронные музыкальные синтезаторы, в качестве средств управления и модуляции. В предыдущей статье была описана основа для простого трехфазного ГУН [1]. Однако добавление нескольких компонентов улучшает характеристики схемы. Оригинальная схема обеспечивает размах выходного напряжения всего 600 мВ и не может отдавать в нагрузку существенный ток, особенно на низких частотах, на которых рабочий ток схемы минимален. Связь выходных сигналов по переменному току плохо работает на низких частотах и усугубляет проблему нагрузки. И, наконец, рабочая точка схемы по постоянному току смещается с изменением частоты.
Схема на Рисунке 1 элегантно преодолевает эти ограничения. В схеме использованы три из шести инверторов микросхемы CD4069UB. Один из неиспользуемых в генераторе инверторов (IC1A) определяет рабочую точку всей схемы по постоянному току. Резистор R2 обеспечивает линейную обратную связь для инвертора IC1A, устанавливающую входное напряжение на выводе 9 равным выходному пороговому напряжению переключения во всем диапазоне рабочих токов. Другими словами, напряжение пропорционально среднему значению постоянной составляющей синусоидальных выходных сигналов.
 | |
| Рисунок 1. | Добавление дифференциальных и буферных усилителей, а также экспоненциального преобразователя напряжение-ток улучшает характеристики низкочастотного трехфазного генератора, управляемого напряжением. |
Повторитель напряжения IC2A буферизует усредненное напряжение на выводе 8 микросхемы IC1A. Остальные усилители микросхемы IC2 буферизуют три выхода генератора, выравнивая нагрузку на генератор и обеспечивая низкоимпедансное управление тремя дифференциальными усилителями IC3A, IC3B и IC3C. Дифференциальные каскады вычитают постоянное напряжение смещения, поступающее от микросхемы IC2A, из буферизованных выходных напряжений трехфазного генератора. Номинальные коэффициенты усиления напряжения трех дифференциальных усилителей, равные пяти, можно изменить в соответствии с требованиями других приложений.
Стабилитрон D1 ограничивает напряжение на выводе 14 микросхемы IC1 до 10 В. При низких частотах и токах рабочая точка генератора по постоянному току легко может выйти за пределы линейного диапазона входных сигналов усилителя IC2. Вместо устройств семейства LM324 можно использовать rail-to-rail операционные усилители. Обратите внимание, что входы оставшихся неиспользованными инверторов микросхемы IC1 подключены к выводу 7 IC1, а не к земле схемы, как это делается обычно.
Добавление источника экспоненциального тока упрощает задачу настройки схемы в широком диапазоне частот. Транзисторы Q1 и Q2 и связанные с ними компоненты образуют простой экспоненциальный преобразователь напряжения в ток. Для достижения наилучших результатов напряжения база-эмиттер транзисторов Q1 и Q2 должны совпадать при номинальном рабочем токе схемы 100 мкА, для чего нужно обеспечить тепловой контакт обоих транзисторов. Если в приложении требуется точное отслеживание температуры, R6 следует заменить термокомпенсирующим резистором с сопротивлением 2 кОм и температурным коэффициентом 3500 ppm/°C, например, типа Tel Labs Q81. Этот резистор должен быть размещен так, чтобы находиться в тепловом контакте с транзисторами Q1 и Q2.
При использовании компонентов с номиналами, показанными на Рисунке 1, диапазон рабочих частот схемы составляет от 0.1 до 26 Гц. Компоненты, добавленные в конструкции к исходной схеме [1], уменьшают сдвиг рабочей точки схемы по постоянному току с 5.5 В до менее чем 25 мВ во всем диапазоне частот. Основная часть погрешности частоты приходится на нижнюю часть частотного диапазона, где она не имеет большого значения.