рис. 2.65Мостом Вина обычно называют схему, приведенную на рис. 2.65.

При частоте входного сигнала, равной резонансной частоте f0, напряжение на выходе uвых равно нулю (при ненулевом входном напряжении uвх. Легко показать, что

f0 = 1 / ( 2π · R · C )

Иногда мостом Вина называют схему, приведенную на рис. 2.66.

рис. 2.66

На частоте f0 коэффициент передачи такой схемы

β = uвых / uвх =

Далее мостом Вина будем называть первую схему с конфигурацией, действительно характерной для мостовых схем, а схему на рис. 2.66 — упрощенным мостом Вина.

В реальных схемах генераторов для поддержания колебаний необходимо, чтобы на частоте колебаний напряжение uвых несколько отличалось от нуля. Поэтому реально мост работает с некоторым рассогласованием, когда отношение сопротивлений R1/R2 — несколько отличается от 2 (более точно, R1/R2 > 2).

Для генераторов гармонических колебаний важной проблемой является автоматическая стабилизация амплитуды выходного напряжения. Если в схеме не предусмотрены устройства автоматической стабилизации, устойчивая работа генератора окажется невозможной. В этом случае после возникновения колебаний амплитуда выходного напряжения начнет постоянно увеличиваться, и это приведет к тому, что активный элемент генератора (к примеру, операционный усилитель) войдет в режим насыщения. В результате напряжение на выходе будет отличаться от гармонического. Схемы автоматической стабилизации амплитуды могут быть достаточно сложными и содержать, к примеру, несколько дополнительных операционных усилителей.

Изобразим схему генератора на операционном усилителе с очень простой схемой автоматической стабилизации амплитуды (рис. 2.67), которую обеспечивают диоды. Поясним их роль на следующем примере.

рис. 2.67

Если по каким-либо причинам амплитуда напряжения на выходе uвых увеличилась, то увеличится амплитуда полуволн тока, проходящих через диоды. Но это приведет к тому, что для каждого диода уменьшится дифференциальное сопротивление и сопротивление на постоянном токе для соответствующих моментов времени. Это эквивалентно уменьшению сопротивления в цепи между выходом операционного усилителя и его инвертирующим входом. Но такое уменьшение, как известно, приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя на основе ОУ, охваченного отрицательной обратной связью (ООС). В результате выходное напряжение уменьшится, возвратившись к исходному значению. Назначение потенциометра — регулирование амплитуды выходного напряжения.

Предыдущую схему можно представить так, как показано на рис. 2.68.

рис. 2.68

Тогда становится очевидным, что пунктиром обведен усилитель, представляющий из себя ОУ, охваченный цепью ООС и имеющий коэффициент усиления K. С помощью частотно-зависимой RС-цепи (упрощенный мост Вина) этот усилитель охвачен цепью положительной обратной связи. На частоте f0 коэффициент передачи упрощенного моста Вина β = 1/3. Следовательно, для соблюдения условия баланса амплитуд необходимо, чтобы K · β > 1, т. е. (пренебрегая прямым сопротивлением диодов D1 и D2)

[1 + ( R1 + R2 ) / R3 ] · ⅓ ≥ 1

или

R1 + R2 ≥ 2R3

т. е. получаем тот же результат, что и ранее, но более строго. При практическом применении подобных генераторов нагрузку часто желательно подключать через дополнительный так называемый буферный усилительный каскад.