Електронні генератори - студопедія
Електронний генератор - електронний пристрій, що виробляє електричні коливання певної частоти і форми, використовуючи енергію джерела постійної напруги (струму).
Розрізняють генератори з самозбудженням (автогенератори) і генератори із зовнішнім збудженням. Будь-автогенератор містить коливальну систему і підсилювальний елемент (на біполярному або польовому транзисторі), пов'язані позитивним зворотним зв'язком.
Основними характеристиками генератора є форма, частота і потужність коливань. За формою розрізняють електронні генератори гармонійних (майже синусоїдальних) коливань і так звані релаксаційні генератори різної форми. За частотою автогенератори поділяються на генератори інфранизьких (від часткою герц до 10 Гц), низькою (від 10 Гц до 100 кГц), високої (від 100 кГц до 10 МГц) і надвисокої (понад 10 МГц) частот.
Генератор складається з підсилювача У (нелінійного елемента НЕ) з комплексним коефіцієнтом посилення по напрузі
і чотириполюсника позитивного зворотного зв'язку ОС (лінійного елемента ЛЕ в відеLC - або RC -звеньев) з комплексним коефіцієнтом передачі.
Так як то напруга
Отже, сталі коливання будуть існувати в схемі за умови, що твір Кі # 946; = 1. т. е. при коефіцієнті посилення підсилювача У, що дорівнює одиниці. при Кі # 946;> 1 амплітуда вихідної напруги Um.вих буде безперервно зростати (до насичення активних елементів).
Представляючи комплексні коефіцієнти Кі і # 946; в показовою формі, т. е. і їх твір отримаємо умову самозбудження автоколивань:
Перша умова відображає процес балансу фаз, при якому зрушення фаз в замкнутому ланцюзі автоколебательной системи повинен дорівнювати 2πn радіан, а друга умова самозбудження - баланс амплітуд - зводиться до того, що на резонансній частоті # 969; 0 активні втрати енергії в автогенераторі повинні заповнюватися від джерела живлення ІП за допомогою позитивного зворотного зв'язку. Відзначимо, що баланс амплітуд обумовлює незмінну амплітуду стаціонарних коливань.
При стабільній частоті коливань умови балансу фаз і балансу амплітуд повинні виконуватися на одній частоті. Для цього автогенератор повинен мати частотно-залежну (фазоссуваючу) LC - або RC-ланцюг, налаштовану на цю частоту.
Найпростіший автогенератор з індуктивним зв'язком (рис. 4.13, а) являє собою однокаскадний підсилювач на транзисторі VТ. включеному по схемі із загальним емітером, з навантаженням у вигляді паралельного коливального контуру LК СК і ланцюга зворотного зв'язку, створеної обмоткою LБ. індуктивнозв'язаною з індуктивним елементом LК контуру. Підсилювач виконаний за схемою з фіксованою напругою зміщення делителем Rб1 і Rб2 і термостабілізіруюшей RЕ CЕ ланцюгом.
На вхід підсилювача через конденсатор РБ. ємкісне опір якого на частоті генерації незначно, надходить сигнал зворотного зв'язку, представлений ЕРС базової обмотки LБ.
Колекторний струм, що з'явився в момент включення джерела живлення - Uп. заряджає конденсатор СК. який потім разряжаясь на індуктивний елемент LК створює в контурі коливання з резонансною частотою
Ці коливання напруги за допомогою індуктивного зв'язку передаються на базу транзистора VT. викликаючи коливання напруги Uвх на вході підсилювача і пульсації струму колектора, які, підживлюючи LК СК -контур, заповнюють активні втрати енергії в ньому. Щоб коливання були незатухающими, потрібно виконати зазначені вище дві умови самозбудження.
Аналіз електричного стану підсилювача показує, що баланс фаз задовольняється, якщо амплітуда напруги на контурі Um.p дорівнює і протилежна по фазі амплітуді вихідної напруги Um.вих. Це можливо, якщо обмотка LК включена таким чином, що фаза индуктируемой в ній ЕРС знаходиться в протифазі з напругою контуру uр. а напруга U вих в однокаскадного підсилювачі, як відомо, противофазно напруга Uвх. Очевидно, що фази Uвх і U вих зрушені на 180 ° + 180 ° = 360 °.
Друга умова самозбудження - баланс амплітуд - зводиться до того, щоб коефіцієнт посилення був більше або дорівнює 1 / # 946 ;. т. е. Кі> 1 / # 946; .
Процес виникнення, наростання і встановлення коливального режиму зручно пояснити за допомогою графіка (рис. 4.13, б), де нанесені:
Ки = U вих / Uвх - амплітудна характеристика власне підсилювача і 1 / # 946; = U вих / Uвх .ос - пряма, що характеризує зворотний зв'язок.
Умовою Кі> 1 / # 946; на графіку відповідає розташування кривої Кі над прямий 1 / # 946; на ділянці 0А.
Нехай наявність коливання Uвх1 викликало на виході (відповідно до кривої Кі) коливання uвих1. яке через ПОС створює на вході зросле коливання uвих2 - що викличе подальше збільшення вихідної напруги до тих пір, поки не буде досягнута точка а (див. рис. 4.13, б), в якій Кі> 1 / # 946; або Кі # 946; = 1. У точці а перехідний процес закінчується і встановлюється стаціонарний режим гармонійних коливань.
На частотах, менших 15. 20 кГц, при яких обмотки резонансних контурів виходять громіздкими, доцільно застосування RC -генератори, виконуваних по структурній схемі (рис. 4.14, а).
Підсилювач У (рис. 4.14. В) будується за звичайною резистивной схемою, а позитивний зворотний зв'язок здійснюється за допомогою фазовозвращателя Фвр (RC -звеньев, рис. 4.14, б). Умови самозбудження таких генераторів колишні. Так як одне RC -звено зрушує фазу свого вихідного напруги по відношенню до її вхідного на кут, менший 90 °, то застосовують триланкову структуру. Кожне Г -образні ланка має зрушувати фазу напруги на 60 °.
Частота генеруючих такими схемами синусоїдальних коливань за умови рівності опорів резисторів R і ємностей З конденсаторів у всіх трьох ланках визначається формулою
Як показують розрахунки, через падіння напруги на елементах, ставлення Uвх / U вих на фазовозвращателе (див. Рис. 4.14, б) одно # 946; = 29, тому для забезпечення умови балансу амплітуд коефіцієнт посилення власне підсилювача повинен задовольняти умові Кі ≥29.