2015-07-04
11608
Генераторы электрических сигналов
Общие сведения
Генераторы электрических сигналов - это устройства, которые преобразуют электрическую энергию постоянного тока в энергию электрических сигналов той или иной формы. Названия генераторам дают в соответствии с формой сигнала, который они вырабатывают, например:
1. Генераторы гармонических колебаний
2. Генераторы импульсов прямоугольной формы
3. Генераторы сигналов специальной формы (треугольной, пилообразной, трапециидальной и т.д.).
В зависимости от способов создания сигналов генераторы подразделяют:
А) Генераторы с самовозбуждением, их называют автогенераторы. Это устройства которые автономно преобразуют энергии источника питания в энергию сигналов требуемой формы.
Б) Генераторы с внешним возбуждением, это, фактически, усилитель мощности.
В зависимости от элементов, определяющих частоту автогенератора, генераторы бывают:
1. LC-типа,
2. RC-типа,
3. кварцевые генераторы (высокая стабильность частоты).
По принципу построения автогенераторы подразделяются:
1. С внешней обратной связью.
2. С внутренней обратной связью.
Структурная схема автогенератора. Баланс амплитуд, баланс фаз.
Генератор с внешней обратной связью представляет собой нелинейный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Основными элементами генератора являются:
1. 
Источник питания.
2. Нелинейный усилитель.
3. Цепь обратной связи.
Коэффициент усилителя, охваченный обратной связью, определяется выражением:
K ос= 
,
где K (j ω ,а) – комплексная функция коэффициента передачи усилителя без обратной связи,
β(j ω) – комплексная функция коэффициента передачи цепи обратной связи, a – амплитуда сигнала.
Для того чтобы усилитель превратился в генератор, необходимо чтобы:
K ос → ∞, т.е. K (j ω)β(j ω)=1
Учитывая, что K (j ω, а)= K (ω, а) 
,β(j ω) = β(ω) 
. Получим, условие стационарных автоколебаний, т.е. автоколебаний с постоянной амплитудой:
K (ω ,а)β(ω) 
= 1
Последнее соотношение разбивается на два:
K(ω, а ст) β(ω) = 1 - баланс амплитуд (БА)
φ k (ω)+φb(ω) =2πn, n= 1,2,…- баланс фаз (БФ)
Обычно, цепь положительной ОС состоит из пассивных элементов, поэтому β(ω) < 1, а потому баланс амплитуд означает, что для стационарных автоколебаний энергия (амплитуда), теряемая в цепи обратной связи должна восстанавливаться усилителем. Только в этом случае в генераторе возможны колебания с постоянной (стационарной) амплитудой аст.
Баланс фаз означает, что для того, чтобы устройство было генератором необходима положительная обратная связь.
Важным этапом работы автогенератора является этап его самовозбуждения. На этом этапе амплитуда а возрастает от 0 до своего стационарного значения а ст т.е. 0< а < а ст
Условие самовозбуждения имеет следующий вид:
K (ј ω, а) β(ј ω)>1
Его можно разбить на два:
K (ω,0) β(ω)>1
φ k (ω)+φb(ω) =2πn, n= 1,2,
Первое из них означает, что на этапе самовозбуждения энергия создаваемая усилителем должна превышать энергию, теряемую в цепи обратной связи. За счет этого и происходит возрастание амплитуды автоколебания.
По мере роста амплитуды коэффициент усиления нелинейного усилителя K (ω, а) уменьшается и при некотором значении а= а ст условие самовозбуждения автоматически переходит в условие стационарных автоколебаний.
Если баланс амплитуд и баланс фаз выполняются на одной частоте, то в генераторе возникает одночастотные, т.е. гармонические по форме колебания. Если баланс амплитуд и баланс фаз выполняются одновременно на многих частотах, то в генераторе возникают колебания с разными частотами. Форма таких сигналов отличается от гармонических.
Генераторы прямоугольной формы иногда называют мультивибраторами. Это означает, что прямоугольные сигналы состоят из бесконечно большого числа гармонических колебаний.
