Лекция №9.

Генераторы синусоидальных колебаний.

Электронный генератор – это устройство, преобразующее электрическую энергию постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности. Являясь первоисточником электрических колебаний, генераторы нашли применение в радиопередающих, приемных, в телеинформационных измерительных системах, в электронно-вычислительной аппаратуре.

Генераторы делятся по диапазону частот:

от 0,01 Гц до 100 кГц,

от 100 кГц до 100 МГц,

от 100 МГц и выше.

Для построения генераторов синусоидальных колебаний используются два типа усилительных схем – резонансные усилители ( -генераторы) и усилители на резисторах ( - генераторы).

Таким образом, схему любого автогенератора можно представить в виде усилителя охваченного положительной .

Рис.1.

Чтобы амплитуда выходного напряжения не изменялась должно быть выполнено условие:

Так как , а , то из равенства следует или . Уравнение является основным условием существования в генераторе незатухающих электрических колебаний.

Ему соответствуют два уравнения:

1) и 2) , где

Уравнение (1) баланса амплитуд требует от усилителя такого коэффициента усиления, при котором полностью компенсируются потери напряжения, поступающего через цепь ПОС.

Уравнение (2) баланса фаз определяет условие, при котором обеспечивается ПОС.

Эти уравнения справедливы для стационарного режима автогенератора.

Для получения синусоидального выходного напряжения необходимо, чтобы балансы фаз и амплитуд выполнялись только на одной частоте.

Процесс возникновения, нарастания и установления колебательного режима автогенератора можно объяснить с помощью, так называемой колебательной характеристики автогенератора.

Рис. 2.

Принцип работы транзисторного генератора типа – LC.

Любой генератор типа - должен содержать:

- колебательную систему, в которой возбуждаются незатухающие колебания;

- источник электрической энергии;

- активный элемент (транзистор);

- элемент обратной связи.

В результате обмена энергией между конденсатором и катушкой в контуре возникают свободные затухающие колебания с частотой

Переменный ток контура, проходя через катушку , создает вокруг нее переменное напряжение той же частоты.

Рис.3.

Это напряжение вызывает пульсацию тока коллектора, в котором появляется переменная составляющая. Переменная составляющая тока восполняет потери в контуре, создавая на нем усиленное транзистором переменное напряжение, рост коллекторного тока ограничен режимом насыщения, а рост напряжения ограничен сопротивлением потерь в контуре.

Поскольку резонансное сопротивление контура носит чисто активный характер

, где - характеристическое сопротивление контура, то сдвиг фаз между напряжением на входе и выходе будет составлять 180⁰, напряжение наводимое на , должно равняться и только в этом случае ;

Для рассматриваемой схемы коэффициент усиления составляет:

, где .

Учитывая, что усилитель охваченной ПОС входит в режим генерации при условии

, где , поэтому .

Энергетические показатели LC автогенератора.

Для характеристики режима работы служит коэффициент использования коллекторного напряжения .

Этот коэффициент равен .

Различают следующие режимы:

- недонапряженный;

- перенапряженный;

- критический.

При критическом режиме автогенератор обеспечивает заданную мощность в нагрузке при высоком К.П.Д.

В зависимости от формы тока в коллекторной цепи различают режимы 1^го и 2^го рода. Режим 1^го рода без отсечки количества тока, а режим 2^го рода с отсечкой.

Переменное напряжение на контуре определяется по формуле .

Схемы LC автогенератора.

Вместо трансформаторной схемы в автогенераторе может быть использована автотрансформаторная связь, такие схемы называются трехточечными.

Характер элементов колебательного контура определяется из условий баланса фаз и амплитуд. При этом возможны 2 случая:

1) , а .

2) , а .

Рис. 4.

В обох случаях .

Характер реактивности должен быть таким как и . Только в этом случае ОС будет положительной. Схемы индуктивной трехточки у которой и индуктивные катушки, а - конденсатор над схемой (картки).

Схема емкостной трехточки называется схемой Колпитца.

Во всех рассмотренных схемах

Рис.5.

Для построения - генераторов удобно использовать операционные усилители.

В цепь обратной связи включен терморезистор для стабилизации амплитуды выходного напряжения. Увеличение амплитуды колебаний на выходе вызывает уменьшение сопротивления терморезистора . При этом увеличивеется глубина ООС.

Рис.6.

RC– автогенераторы.

На низких частотах и вместо - автогенераторов обычно используются - автогенераторы. Частотно-зависимыми 4^х – полюсниками, используемыми в - генераторах, являются -образные - цепи, мост Вина, - образные мосты .

Рис.7.

Для получения синусоидальных колебаний необходимо, чтобы условия выполнялись на одной частоте. Эта задача решается с помощью нескольких звеньев .

Изменение фазы от числа звеньев равно

В связи с тем, что одно звено изменяет фазу на угол , минимальное число звеньев должно быть .

Фазорезонансная частота - образной цепочки при и равна .

Расчеты показывают, что для - образной цепочки , следовательно .

Рис.8.

Для моста Вина при ; частота генерируемых колебаний равна

- генератор с мостом Вина легко выполнить на интегральном ОУ, включив его между выходом и неинвертирующим входом.

Сопротивлением добиваются наименьших нелинейных искажений на выходе генератора.

Рис. 9.