Генераторы синусоидальных колебаний на основе моста Вина: устройство, принцип работы, особенности фазосдвигающих цепей, расчётные соотношения. Достоинства и недостатки.

Последовательно-параллельная фазосдвигающая цепь представлена на рис.1.

Рис.1. Последовательно-параллельная фазосдвигающая цепь

При использовании усилителя с последовательной отрицательной обратной связью его фазовый сдвиг равен , таким образом, и фазосдвигающая цепь на частоте генерации должна давать фазовый сдвиг, равный , это и есть последовательно-параллельная цепочка. Найдём передаточную функцию этой цепи. В окончательном виде она имеет вид:

,

где , , . Переходя к комплексному коэффициенту передачи, можно получить:

.

Из последнего выражения видно, что нулевой фазовый сдвиг этой цепи будет на частоте , при которой действительная часть знаменателя равна нулю:

, .

Подставляя найденное значение  в , можно получить модуль комплексного коэффициента передачи:

.

Для простоты расчётов и реализации обычно задают , . При таком условии коэффициент передачи на частоте  равен

.

Таким образом, для обеспечения баланса амплитуд необходимо, чтобы коэффициент усиления неинвертирующего усилителя был равен 3. Схема генератора с такой фазосдвигающей цепью представлена на рис.2.

Рис.2. Генератор с последовательно-параллельной R, С-цепью

Важным отличием рассмотренной схемы является возможность перестройки частоты двумя элементами, как правило, сдвоенным потенциометром . Условия баланса фаз и амплитуд при этом не изменяются. Этими причинами обусловлено широкое распространение последовательно-параллельной фазосдвигающей цепи при построении генераторов синусоидальных колебаний. Иногда генераторы с этой цепью называются генераторами на основе моста Вина.

Рис.3. Мост Вина – а), генератор на мосте Вина – б)

Мост Вина (см. рис.3а) используется для измерения частоты. Он состоит из двух ветвей: реактивной (последовательно-параллельной , -цепочки) и пассивной (2 - ). На диагональ питания подаётся входное напряжение . В измерительной диагонали, при выбранном соотношении резисторов пассивной ветви, будет нулевое напряжение только в том случае, если частота входного напряжения соответствует значению , где . Действительно, находя напряжение в измерительной диагонали , имеем .

На частоте . На рис.3б видно, что мост Вина в генераторе запитывается выходным напряжением, а на частоте генерации за счёт значительного коэффициента усиления операционного усилителя напряжение . Таким образом, можно считать рассмотренный генератор генератором на основе моста Вина.