Общие сведения. Электронным генератором гармонических колебаний называют устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний

Электронным генератором гармонических колебаний называют устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и мощности.

Электронные генераторы гармонических колебаний нашли широкое применение в промышленной электронике. Их используют в приборах для контроля состава и качества различных веществ, установках для высокочастотного нагрева металлов, сушки и сварки диэлектриков, химической обработки изделий и т.д. Эти функциональные устройства являются одной из составных частей измерительных приборов и автоматических систем.

Электронные генераторы гармонических колебаний классифицируют по ряду признаков, основными из которых являются частота и способ возбуждения.

В зависимости от частоты генераторы подразделяют на низкочастотные (0.01-100 кГц), высокочастотные (0.1-100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц). По способу возбуждения различают генераторы с независимым внешним возбуждением и с самовозбуждением. Последний вид генераторов называют автогенераторами. Генераторы с независимым внешним возбуждением являются, по существу, усилителями мощности с соответствующим частотным диапазоном, на вход которых подаются электрические сигналы от автогенераторов.

Электронные генераторы могут работать в любом из режимов А,В или С, но обычно в них используется режим С ввиду возможности получения наибольшего КПД.

Условия самовозбуждения генераторов.\

На рисунке приведена структурная схема автогенератора, которая состоит из усилителя с коэффициентом усиления К и звена положительной обратной связи с коэффициентом обратной связи . Коэффициенты усиления усилителя и обратной связи являются комплексными числами, зависящими от частоты. В качестве усилителя в автогенераторах могут применяться различные усилители: на транзисторах, интегральных микросхемах и др. Звеном обратной связи являются частотно- зависимые цепи: LC-контуры и RC- четырехполюсники.

Если считать, что напряжения Uвх и Uвых близки к синусоидальным, то стационарный устойчивы режим в автогенераторе, при котором амплитуды Uвх и Uвых имеют неизменные значения, будет возможен только при выполнении условия, называемого условием самовозбуждения: К =1 (1)

Это равенство следует из соотношений: , и Uвых=КUвх, (2)

следовательно, Uвых= Кuвых.

Выражение (1) можно представить в виде: , (3)

где и - модули коэффициентов усиления и передачи соответственно усилителя и звена обратной связи, а и - аргументы этих коэффициентов.

Равенство (3) выполняется при следующих условиях: (4) или (5)

Равенство (4) называется условием баланса амплитуд, а равенство (5)- условием баланса фаз. Условие баланса фаз означает, что в стационарном режиме сумма фазовых сдвигов выходных напряжений усилителя и звена обратной связи в автогенераторе равна нулю или числу np (где n=2,4,6…), что свидетельствует о наличии в рассматриваемом устройстве положительной обратной связи.

Условие баланса амплитуд соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются звеном положительной обратной связи от источника питиания автогенератора. Для получения стационарных устойчивых колебаний в автогенераторе условие (4) должно удовлетворять этому соотношению.

Процесс возникновения колебаний в автогенераторе рассмотрим на примере следующего устройств (см.рис. а):

LC- автогенератор: а- схема; б- возникновение колебаний в автогенераторе; в- амплитудная характеристика усилителя.

В этом автогенераторе усилитель собран на полевом транзисторе и включен по схеме с общим истоком. Звеном обратной связи является катушка L, включенная в стоковую цепь транзистора и индуктивно связанная с катушкой L резонансного контура LC. Первоначально колебания в автогенераторе возникают из- за флуктуации тока в транзисторе, колебательном контуре.