The Automatic Amplitude Control System for a Single-Loop RC Oscillator
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2018-5-152-157Keywords:
RC oscillator, automatic amplitude control system, oscillator stabilityAbstract
Harmonic RC oscillators have long been known and are widely used in various fields of radio engineering. They have become widely used in medical equipment, various sensors, measuring equipment, etc. Their main advantages in operating within short to long wave frequency bands are compact dimensions, simplicity and low cost of manufacturing, possibility of widely retuning the frequency, etc. In our previous articles, we examined several versions of such circuits, including single-loop RC oscillators, which are the simplest ones. It was shown that the major disadvantage of such self-oscillators in generating close-to-sinewave signals is the need to operate them with a very small self-excitation margin. An attempt to increase the self-excitation margin inevitably leads to a growth of higher harmonic components, distortion of the output signal, and failure of oscillations. As a result, additional techniques must be used to secure stable steady-state operation. One of such techniques is automatic amplitude control (AAC). With the AAC circuit switched in operation, the generator output signal amplitude is controlled, due to which a larger self-excitation margin is obtained at the initial time instant, and the required amplitude value is maintained during steady-state operation. The article presents a version of such system taking as an example a single-loop self-oscillator with the Wien bridge in the feedback circuit. As is known, the list of important issues to be taken care of in designing AAC systems includes, among other things, an analysis of their stability and the selection of time constants for the system functional units. There are many methods for analyzing the stability of an AAC system, and all of them involve the need to set up differential equations of the system. A version of addressing this objective is presented to produce the system of differential equations describing the operation of a self-oscillator fitted with the AAC system. The obtained system of equations was applied for selecting — using the Routh–Hurwitz stability criterion — the time constant for the low-pass filter (LPF) of the AAC system amplitude detector (AD). It has been shown that the selection of the time constant for the AD LPF is constrained, on the one hand, by the requirements for the amplitude detector operation mode, and on the other hand, by the need to ensure fast response of the AAC system to variations of the generator voltage amplitude. The time histories of the system response to variations of the generator voltage amplitude and the system phase-plane portrait have been obtained.
References
2. Гулин А.И. Проектирование многозвенных RC-генераторов // Известия вузов. Серия «Приборостроение». 2012. Т. 56. № 3. С. 14—18.
3. Ларина Е.А., Леонидов В.В., Москалев Н.С. Методика проектирования цифровых систем управления на базе AVR-микроконтроллеров // Международ. науч.-исслед. журнал. 2016. № 6-2 (48). С. 87—94.
4. Набиев Р.Н., Гараев Г.И., Рустамов Р.Р. Сравнительный анализ электрических систем емкостных датчиков // Известия ЮФУ. Серия «Технические науки». 2017. № 3 (188). С. 51—64.
5. Кулешов В.Н., Болдырева Т.И., Дроздова Е.М. Режимные и шумовые характеристики RC-автогенераторов гармонических колебаний // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях: Труды Междунар. науч.-техн. семинара. М.: ООО «Брис-М», 2013. С. 35—37.
6. Кулешов В.Н., Болдырева Т.И., Дроздова Е.М. Исследование режимных и шумовых характеристик RC-автогенераторов гармонических колебаний методом укороченных символических уравнений С.И. Евтянова // Вестник МЭИ. 2013. № 5. С. 76—82.
7. Соловьев В.А., Лещев М.С., Азаров В.С. Цифровая коррекция инфракрасных изображений с целью улучшения наблюдения малоразмерных летательных аппаратов // Новая наука: современное состояние и пути развития: Междунар. науч. периодическое издание по итогам Междунар. науч.-практ. конф. Стерлитамак: АМИ, 2016. Ч. 2. С. 211—215.
8. Филимонов В.А. Разработка алгоритма автоматической регулировки усиления для речевого сигнала // Цифровая обработка сигналов. 2017. № 4. С. 63—66.
9. Котлинский С.В., Павлов В.А. Модель автоматической регулировки усиления приемника канала радиосвязи в среде схемотехнического моделирования Advanced Design System (ADS) // Перспективы развития науки и образования: Сборник науч. трудов по материалам XIV Междунар. науч.-практ. конф. М.: ИП Тугольков А.В., 2017. С. 52—60.
10. Кононов А.Д., Кононов А.А. Информационная система определения координат для автоматического управления движением технологических машин строительного комплекса // Научный вестник Воронежского гос. архитектурно-строительного ун-та. Серия «Информационные технологии в строительных, социальных и экономических системах». 2016. № 7. С. 52—57.
11. Валиуллин Д.Р., Захаров П.Н. Экспериментальные исследования эквалайзера на основе нейронных сетей с обучением в многолучевом радиоканале // Журнал радиоэлектроники. 2017. № 12 [Электрон. ресурс] http://jre.cplire.ru/jre/dec17/10/text.pdf (дата обращения 02.02.2018).
12. Соловьева Е.Б. Методы линеаризации характеристик усилителей мощности // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2015. № 9. С. 41—47.
13. Ильясов Б.Г., Саитова Г.А., Халикова Е.А. Управление неустойчивыми объектами в составе многосвязной автоматической системы // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1–2. С. 90.
14. Капранов М.В., Кулешов В.Н., Уткин Г.М. Теория колебаний в радиотехнике. М.: Наука, 1984.
15. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Спб.: БХВ-Петербург, 2016.
16. Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Физматлит, 2010.
17. Ильин А.В. и др. Математические методы теории управления. Проблемы устойчивости, управляемости и наблюдаемости. М.: Физматлит, 2014.
18. Цветкова О.Л. Теория автоматического управления. М.: Директ-Медиа, 2016.
19. Евтянов С.И. Избранные статьи. М: Издат. Дом МЭИ, 2013.
---
Для цитирования: Торина Е.М. Система автоматической регулировки амплитуды колебаний для однокольцевого RC-автогенератора // Вестник МЭИ. 2018. № 5. С. 152—157. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-152-157.
#
1. Hasanova Eh.Sh., Gulin A.I., A.N. Krasnov A.N. Metodika Izmereniya Temperaturnyh Polej Apparatov Vozdushnogo Ohlazhdeniya Gaza. Problemy Avtomatizacii Tekhnologicheskih Processov Dobychi. Transporta i Pererabotki Nefti i Gaza: Sbornik Trudov IV Vseross. Zaoch. Nauch.-prakt. Internet-konf. Ufa: UGNTU, 2016;1:46—50. (in Russian).
2. Gulin A.I. Proektirovanie Mnogozvennyh RC-Generatorov. Izvestiya Vuzov. Seriya «Priborostroenie». 2012;56;3:14—18. (in Russian).
3. Larina E.A., Leonidov V.V., Moskalev N.S. Metodika Proektirovaniya Cifrovyh Sistem Upravleniya na Baze AVR-mikrokontrollerov. Mezhdunarod. Nauch.- issled. Zhurnal. 2016;6-2 (48):87—94. (in Russian).
4. Nabiev R.N., Garaev G.I., Rustamov R.R. Sravnitel'nyj Analiz Ehlektricheskih Sistem Emkostnyh Datchikov. Izvestiya YUFU. Seriya «Tekhnicheskie Nauki». 2017;3 (188):51—64. (in Russian).
5. Kuleshov V.N., Boldyreva T.I., Drozdova E.M. Rezhimnye i Shumovye Harakteristiki RC-avtogeneratorov Garmonicheskih Kolebanij. Sistemy Sinhronizacii, Formirovaniya i Obrabotki Signalov v Infokommunikaciyah: Trudy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Seminara. M.: OOO «Bris-M», 2013:35—37. (in Russian).
6. Kuleshov V.N., Boldyreva T.I., Drozdova E.M. Issledovanie Rezhimnyh i Shumovyh Harakteristik RC- avtogeneratorov Garmonicheskih Kolebanij Metodom Ukorochennyh Simvolicheskih Uravnenij S.I. Evtyanova. Vestnik MPEI. 2013;5:76—82. (in Russian).
7. Solov'ev V.A., Leshchev M.S., Azarov V.S. Cifrovaya Korrekciya Infrakrasnyh Izobrazhenij s Cel'yu Uluchsheniya Nablyudeniya Malorazmernyh Letatel'nyh Apparatov. Novaya Nauka: Sovremennoe Sostoyanie i Puti Razvitiya: Mezhdunar. Nauch. Periodicheskoe Izdanie po itogam Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Sterlitamak: AMI, 2016;2:211—215. (in Russian).
8. Filimonov V.A. Razrabotka Algoritma Avtomaticheskoj Regulirovki Usileniya dlya Rechevogo Signala. Cifrovaya Obrabotka Signalov. 2017;4:63—66. (in Russian).
9. Kotlinskij S.V., Pavlov V.A. Model' Avtomaticheskoj Regulirovki Usileniya Priemnika Kanala Radiosvyazi v Srede Skhemotekhnicheskogo Modelirovaniya Advanced Design System (ADS). Perspektivy Razvitiya Nauki i Obrazovaniya: Sbornik Nauch. Trudov po Materialam XIV Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. M.: IP Tugol'kov A.V., 2017:52—60. (in Russian).
10. Kononov A.D., Kononov A.A. Informacionnaya Sistema Opredeleniya Koordinat dlya Avtomaticheskogo Upravleniya Dvizheniem Tekhnologicheskih Mashin Stroitel'nogo Kompleksa. Nauchnyj Vestnik Voronezhskogo Gos. Arhitekturno-stroitel'nogo Un-ta. Seriya «Informacionnye Tekhnologii v Stroitel'nyh, Social'nyh i Ehkonomicheskih Sistemah». 2016;7:52—57. (in Russian).
11. Valiullin D.R., Zaharov P.N. Eksperimental'nye Issledovaniya Ehkvalajzera na Osnove Nejronnyh Setej s Obucheniem v Mnogoluchevom Radiokanale. Zhurnal Radioehlektroniki. 2017;12 [Elektron. Resurs] http:// jre.cplire.ru/jre/dec17/10/text.pdf (Data Obrashcheniya 02.02.2018). (in Russian).
12. Solov'eva E.B. Metody Linearizacii Harakteristik Usilitelej Moshchnosti. Izvestiya SPbGEHTU «LEHTI». 2015;9:41—47. (in Russian).
13. Il'yasov B.G., Saitova G.A., Halikova E.A. Upravlenie Neustojchivymi Ob′ektami v Sostave Mnogosvyaznoj Avtomaticheskoj Sistemy. Sovremennye Problemy Nauki i Obrazovaniya. 2015;1–2:90. (in Russian).
14. Kapranov M.V., Kuleshov V.N., Utkin G.M. Teoriya Kolebanij v Radiotekhnike. M.: Nauka, 1984. (in Russian).
15. Yurevich E.I. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. Spb.: BHV-Peterburg, 2016. (in Russian).
16. Gantmaher F.R. Teoriya Matric. M.: Fizmatlit, 2010. (in Russian).
17. Il'in A.V. i dr. Matematicheskie Metody Teorii Upravleniya. Problemy Ustojchivosti, Upravlyaemosti i Nablyudaemosti. M.: Fizmatlit, 2014. (in Russian).
18. Cvetkova O.L. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Direkt-Media, 2016. (in Russian).
19. Evtyanov S.I. Izbrannye Stat'i. M: Izdat. Dom MPEI, 2013. (in Russian).
---
For citation: Torina Е.М. The Automatic Amplitude Control System for a Single-Loop RC Oscillator. MPEI Vestnik. 2018;5:152—157. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-5-152-157.

