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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Aplicación del girador en amplificadores y generadores resonantes. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / diseñador radioaficionado Al desarrollar amplificadores resonantes de baja frecuencia y generadores de armónicos, los diseñadores suelen intentar prescindir de los inductores que requieren mucha mano de obra. En estos casos, la mayoría de las veces utilizan un puente de Viena, lo que les permite construir un dispositivo cuasi-resonante utilizando únicamente circuitos RC dependientes de la frecuencia. Sin embargo, junto con una ventaja tan innegable como la simplicidad, los diseños basados en el puente de Viena, lamentablemente, tienen un inconveniente importante. Son extremadamente sensibles al más mínimo desequilibrio en los parámetros de los elementos del puente. Para solucionar este inconveniente, el autor del artículo publicado sugiere utilizar un circuito LC basado en un inductor artificial, implementado mediante un dispositivo electrónico llamado girador en ingeniería de radio, en lugar de un puente de Viena. Aunque los circuitos de amplificadores resonantes y generadores de armónicos en este caso se vuelven más complejos, proporcionan resultados más estables. El uso de un girador en diseños de radioaficionados, cuyo diagrama se muestra en [1], es muy conveniente. Desafortunadamente, en la fuente original este dispositivo se describe sólo en términos generales y muchas de sus propiedades positivas no se describen en absoluto. No hay ejemplos de uso práctico del giratorio. El diagrama esquemático del girador se muestra en la fig. una.
Un análisis teórico de su funcionamiento muestra que con amplificadores operacionales ideales (op-amps), la resistencia de entrada del girador Zin es de naturaleza puramente inductiva. Además, el valor de la inductancia está determinado por la siguiente relación: Zin \u1d Lin \u2d R4 * R1 * R3 * CXNUMX / RXNUMX, donde R es Ohm; C-nF; L - Sr. Sin embargo, dado que la ganancia de los amplificadores operacionales reales no es infinita y su ganancia disminuye al aumentar la frecuencia, aparecen pérdidas en la inductancia creada por el girador y su factor de calidad disminuye. Si tomamos R1=R2=R, R3=R4=r y wRC1=1, el factor de calidad se puede calcular usando la fórmula: Q=K0/(2+2K0f/fâ), donde Ko es la ganancia de la opción. amperio; f y fв: frecuencia de funcionamiento y frecuencia a la que la ganancia del amplificador operacional disminuye 1,41 veces. Dado que K0 suele ser muy grande, se pueden obtener factores de calidad muy altos a bajas frecuencias. Si se conecta un condensador a un inductor artificial de este tipo, entonces el circuito oscilatorio formado por él se puede utilizar en amplificadores resonantes y generadores de oscilaciones armónicas. El circuito de uno de los amplificadores con un circuito oscilatorio en paralelo se muestra en la Fig. 2.
A bajas frecuencias, cuando K0f/fв << 1 (y sólo este caso se considerará más a fondo), la frecuencia de resonancia de dicho circuito f0=(R3/R1*C1*R2*R4*C2)1/2 /(2 *PI). factor de calidad Q=R0(R3*C1/R1*R2*R4*C2)1/2, ancho de banda df=1/2PI*R0*C1. La ganancia de todo el camino de amplificación es Km = 2. Como se desprende de la relación, para determinar la frecuencia de resonancia, además de los condensadores variables simples y duales, se puede sintonizar usando resistencias variables simples y duales. El uso de elementos dobles permite obtener un rango de ajuste significativamente más amplio, y el uso de elementos individuales es estructuralmente más conveniente. Se puede obtener un amplio rango de sintonización si las funciones del elemento de sintonización de frecuencia se realizan mediante una resistencia variable conectada en lugar de las resistencias constantes R3 y R4. Sin embargo, en este caso, la señal de salida debe eliminarse del motor de esta resistencia; de lo contrario, la ganancia de voltaje dependerá de la frecuencia de sintonización. En el amplificador, cuyo circuito se muestra en la Fig. 3, se utiliza un circuito oscilante en serie.
En este caso, la ganancia aumenta bruscamente en la frecuencia de resonancia. En lugar de dos, se vuelve igual a Km = 2Q. El factor de calidad vendrá determinado por la relación: Q = (R1*R2*R4*C2/R3*С1)1/2/R0. La ganancia del amplificador no dependerá de la frecuencia si se utiliza un condensador variable dual para sintonizarlo, pero el ancho de banda cambiará. A partir de un amplificador resonante con circuito paralelo (Fig. 2), se puede construir fácilmente un amplificador de muesca (Fig. 4). Dado que en un amplificador resonante a la frecuencia resonante la señal en la entrada inversora del amplificador operacional DA1 es igual a la señal de entrada, basta con restar la segunda señal de la primera para obtener la ausencia de salida. La operación de resta la realiza el amplificador operacional DA3. Ya no será posible garantizar una diferencia de señal cero en otras frecuencias.
Para convertir un amplificador resonante en un generador de oscilación armónica, es necesario compensar las pérdidas de energía en el circuito oscilatorio [2]. En generadores, cuyos circuitos se muestran en la Fig. 5 y 6, la compensación se logra introduciendo una resistencia negativa ajustable en el circuito. En el generador (Fig. 5), sus funciones las realiza un divisor de voltaje que consta de una resistencia constante R6 y un termistor semiconductor R5. A medida que aumenta la amplitud del voltaje generado, la temperatura del termistor aumentará y su resistencia comenzará a disminuir. Como resultado, la resistencia negativa que introduce en el circuito oscilatorio disminuirá y así estabilizará el voltaje generado por el generador. Al seleccionar la resistencia de la resistencia R6, puede lograr el máximo efecto estabilizador del termistor.
Como último, es mejor utilizar dispositivos diseñados para estabilizar el modo de funcionamiento de generadores de oscilación armónica con puente de Viena, por ejemplo, el termistor PTM2/0.5 indicado en el diagrama. Si no se puede obtener dicho termistor, entonces se pueden utilizar los termistores utilizados en los medidores de potencia o fabricar un generador de acuerdo con el circuito que se muestra en la Fig. 6. En este generador, las funciones de estabilización las realiza una lámpara de señalización incandescente subminiatura SMN. Estas lámparas se utilizaban mucho en ordenadores antiguos. La estabilización del modo de funcionamiento del generador solo se puede lograr cuando el filamento de la lámpara se calienta al rojo vivo. Sin embargo, un amplificador operacional convencional no puede proporcionar tal corriente, por lo que se tuvo que introducir en el generador un amplificador de corriente que utiliza un transistor KT603B.
Los dispositivos de estabilización de voltaje generado que se analizan aquí son bastante efectivos. Baste decir que cuando la resistencia variable cambió la frecuencia de generación cinco veces, el valor del voltaje generado no cambió más del 1%. El coeficiente de distorsión no lineal en el rango de frecuencia de audio no superó el 0,1% y aumentó en frecuencias más bajas y más altas, en el primer caso por inercia térmica insuficiente del termistor o bombilla, y en el segundo, por una disminución de el factor de calidad del circuito con un girador como inductancia artificial. Literatura
Autor: G. Petin, Rostov del Don
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