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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA O uso do gyrator em amplificadores e geradores ressonantes. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador Ao desenvolver amplificadores ressonantes de baixa frequência e geradores de oscilação harmônica, os projetistas geralmente tentam prescindir de indutores trabalhosos. Na maioria das vezes, nesses casos, eles usam a ponte Wien, que permite construir um dispositivo quase ressonante usando apenas circuitos RC dependentes da frequência. No entanto, junto com uma vantagem indiscutível como a simplicidade, as construções baseadas na ponte Wien, infelizmente, apresentam uma desvantagem significativa. Eles são extremamente sensíveis ao menor desequilíbrio nos parâmetros dos elementos da ponte. Para contornar essa deficiência, o autor do artigo publicado propõe a utilização de um circuito LC baseado em um indutor artificial implementado por meio de um dispositivo eletrônico, chamado gyrator em engenharia de rádio, em vez da ponte de Wien. Embora os circuitos de amplificadores ressonantes e osciladores harmônicos neste caso sejam mais complicados, eles permitem obter resultados mais estáveis. O uso de um gyrator em projetos de rádio amador, cujo esquema é dado em [1], é muito conveniente. Infelizmente, na fonte original, este dispositivo é descrito apenas em termos gerais e muitas de suas propriedades positivas não são divulgadas. Não há exemplos do uso prático do gyrator. O diagrama esquemático do girador é mostrado na fig. 1.
A análise teórica de seu trabalho mostra que com amplificadores operacionais ideais (op-amps) a impedância de entrada do girador Zin é puramente indutiva. Além disso, o valor da indutância é determinado pela seguinte relação: Zin \u1d Lin \u2d R4 * R1 * R3 * CXNUMX / RXNUMX, onde R é Ohm; C - nF; L- Sr. No entanto, como o ganho dos amplificadores operacionais reais não é infinito e seu ganho diminui com o aumento da frequência, aparecem perdas na indutância criada pelo girador e seu fator de qualidade diminui. Se tomarmos R1=R2=R, R3=R4=r e wRC1=1, o fator de qualidade pode ser calculado pela fórmula: Q=K0/(2+2K0f/fv), onde Ko é o ganho da opção amplificador; f e fv - frequência de operação e frequência na qual o ganho do amplificador operacional diminui 1,41 vezes. Como K0 é geralmente muito alto, fatores de qualidade muito altos podem ser obtidos em baixas frequências. Se um capacitor estiver conectado a um indutor artificial, o circuito oscilatório formado por eles pode ser usado em amplificadores ressonantes e geradores de oscilações harmônicas. Um diagrama de um dos amplificadores com um circuito oscilatório paralelo é mostrado na fig. 2.
Em baixas frequências, quando K0f/fv << 1 (e somente este caso será considerado mais adiante), a frequência de ressonância de tal circuito f0=(R3/R1*C1*R2*R4*C2)1/2 /(2 * PI ). fator de qualidade Q=R0(R3*C1/R1*R2*R4*C2)1/2, largura de banda df=1/2PI*R0*C1. O ganho de todo o caminho de amplificação Km=2. Como segue da relação, para determinar a frequência de ressonância, além de capacitores variáveis simples e duplos, ele pode ser sintonizado com resistores variáveis simples e duplos. O uso de elementos duplos permite obter uma faixa de ajuste muito mais ampla, e o uso de elementos individuais é mais conveniente de forma construtiva. Uma grande faixa de ajuste pode ser obtida se as funções do corpo de ajuste de frequência forem executadas por um resistor variável incluído em vez dos resistores fixos R3 e R4. Porém, neste caso, o sinal de saída deve ser retirado do controle deslizante deste resistor, caso contrário o ganho de tensão dependerá da frequência de sintonia. No amplificador, cujo circuito é mostrado na Fig. 3, um circuito ressonante em série é usado.
Nesse caso, o ganho aumenta acentuadamente na frequência de ressonância. Em vez de dois, torna-se igual a Km=2Q. O fator de qualidade será determinado pela razão: Q = (R1*R2*R4*C2/R3*С1)1/2/R0. O ganho do amplificador não dependerá da frequência se um capacitor variável duplo for usado para sintonizá-lo, mas a largura de banda mudará. Com base em um amplificador ressonante com um circuito paralelo (Fig. 2), um amplificador de entalhe pode ser facilmente construído (Fig. 4). Como em um amplificador ressonante em uma frequência ressonante, o sinal na entrada inversora do amplificador operacional DA1 é igual ao sinal de entrada, basta subtrair o segundo sinal do primeiro sinal para não obter saída. A operação de subtração é realizada pelo amplificador operacional DA3. Não será mais possível fornecer uma diferença de sinal zero em outras frequências.
Para converter um amplificador ressonante em um gerador de oscilações harmônicas, é necessário compensar as perdas de energia no circuito oscilatório [2]. Nos geradores, cujos circuitos são mostrados na fig. 5 e 6, a compensação é obtida pela introdução de uma resistência negativa ajustável no circuito. No gerador (Fig. 5), suas funções são desempenhadas por um divisor de tensão, composto por um resistor constante R6 e um termistor semicondutor R5. Com o aumento da amplitude da tensão gerada, a temperatura do termistor aumentará e sua resistência começará a cair. Como resultado, a resistência negativa introduzida por ele no circuito oscilatório diminuirá e, assim, estabilizará a tensão gerada pelo gerador. Ao selecionar a resistência do resistor R6, você pode obter o efeito estabilizador máximo do termistor.
Como este último, é melhor usar dispositivos projetados para estabilizar o modo de operação de geradores de oscilação harmônica com uma ponte de Wien, por exemplo, o termistor PTM2 / 0.5 indicado no diagrama. Se tal termistor não puder ser obtido, então os termistores usados em medidores de energia podem ser usados, ou o gerador pode ser feito de acordo com o circuito mostrado na Fig. 6. Neste gerador, a função de estabilização é executada por uma lâmpada de sinal incandescente subminiatura SMN. Essas lâmpadas eram amplamente utilizadas em computadores antigos. A estabilização do modo de operação do gerador pode ser alcançada somente quando o filamento da lâmpada é aquecido em brasa. No entanto, um amplificador operacional convencional não pode fornecer tal corrente, então um amplificador de corrente baseado em um transistor KT603B teve que ser introduzido no gerador.
Os dispositivos para estabilizar a tensão gerada considerados aqui são bastante eficazes. Basta dizer que quando o resistor variável mudou a frequência de geração por um fator de cinco, o valor da tensão gerada mudou em não mais que 1%. O coeficiente de distorção não linear na faixa de frequência de áudio não ultrapassou 0,1% e aumentou nas frequências mais baixas e mais altas. No primeiro caso, devido à inércia térmica insuficiente do termistor ou da lâmpada, e no segundo, devido a uma diminuição do fator de qualidade do circuito com um girador como indutância artificial. Literatura
Autor: G. Petin, Rostov-on-Don
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