Схема на Рисунке 1 основана на классическом универсальном преобразователе полного сопротивления (generalized impedance converter – GIC). Схема генератора синусоидальных колебаний автоматически стабилизирует амплитуду и обычно работает от двух источников питания. Однако если подключить к шине питания VCC дополнительный резистор RCC, схема сможет работать от одного источника питания (при VEE = 0 В). Изменяя сопротивление резистора R1, можно настраивать частоту генерации. RCOMP обеспечивает генерацию и не влияет на частоту колебаний. Остальные пассивные компоненты – это четыре резистора с одинаковыми сопротивлениями R и два конденсатора емкостью kC и C/k, где k – масштабный коэффициент. Эта модификация классической структуры GIC содержит дополнительный резистор RN, включенный между обоими инвертирующими входами операционных усилителей. Топология GIC имеет отличные высокочастотные характеристики, благодаря которым она широко используется в схемах активных фильтров. Структура GIC может имитировать заземленную индуктивность или заземленное FDNR (frequency-dependent negative resistance – частотно-зависимое отрицательное сопротивление).
 |
|
| Рисунок 1. | Резонатор на основе GIC обеспечивает стабилизацию амплитуды и низкий уровень искажений. |
Объяснение работы схемы можно начать с рассмотрения входного импеданса GIC со стороны узлов Port 1 или Port 2. Простой анализ схемы дает следующее выражение для входного импеданса в точке Port 1:
Обратите внимание, что, если RCOMP = RN, выражение для ZIN1 представляет входной импеданс идеального FDNR. FDNR вместе с омическим сопротивлением, шунтирующим узел Port 1 на землю, образует самовозбуждающийся колебательный контур. В действительности, однако, колебания затухли бы из-за потерь в конденсаторах и несовершенства усилителей. Схема на Рисунке 1 компенсирует эти потери за счет использования второй части выражения для ZIN1, которая при RCOMP < RN представляет отрицательную емкость. На практике нужно выбрать RN = R, а соотношение резисторов RCOMP/R должно быть близким к единице (например, RCOMP/R = 0.95…0.98). Если выполнить анализ для узла схемы Port 2, входной импеданс ZIN2 будет представлять собой идеальную индуктивность с последовательным отрицательным резистором. При шунтировании этого импеданса резисторно-конденсаторной цепочкой (C/k и RCOMP на Рисунке 1) образуется идеальный (без потерь) колебательный LC-контур. Генерация возникает при выполнении условия RCOMP < R. Схема надежно запускается и генерирует на частоте:
При указанных на схеме номиналах компонентов усилитель IC2 насыщается, ограничивая синусоидальный сигнал на выходе VOUT2. VOUT1 представляет собой отфильтрованную версию этого сигнала. Таким образом, для стабилизации амплитуды не требуется никаких дополнительных схем. Однако качество синусоидального сигнала на выходе VOUT1 зависит от добротности резонансного контура, выражаемой формулой:
При показанных на схеме номиналах компонентов добротность Q будет больше 100, если k = 4, C = 100 нФ и (RN – RCOMP) = 50 Ом. Общие гармонические искажения сигнала на выходе VOUT1 составляют менее 1% при частоте f0 = 1 кГц. Размах синусоидального сигнала примерно на 1 В меньше общего диапазона напряжения питания.
