2018-01-21
2778
Глава 11
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.
11.2. 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:
|
,
где, K(jω,а) - β(jω) –
Для того чтобы усилитель превратился в генератор, необходимо чтобы:
Kос → ∞, т.е. K(jω)β(jω)=1
Учитывая, что K(jω,а)= K(ω,а) 
, β(jω)= 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,аст) β(ω)=1 - баланс амплитуд БА
φk(ω)+φB(ω)=2πn, n=1,2,… - баланс фаз БФ
Обычно, цепь положительной ОС состоит из пассивных элементов, а потому 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 аст т.е. 0< а < аст
Условие самовозбуждения имеет следующий вид:
K(јω,а) β(јω)>1
Его можно разбить на два:
K(ω,0) β(ω)>1
φk(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= аст 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 гармоничных.
Генераторы прямоугольной формы иногда называют мультивибраторами. Это означает, что прямоугольные сигналы состоят из бесконечно большого числа гармонических колебаний.
LC-генератор с индуктивной обратной связью
Основу генератора (рис.13.2) составляет резонансный усилитель с колебательным контуром Lк ,Cк в коллекторной цепи. Резисторы R1 и R2 задают рабочую точку транзистора на линейном участке, здесь наибольший коэффициент усиления. Катушка индуктивности контура Lк индуктивно связана с катушкой индуктивности в цепи базы Lсвязи (ее называют катушкой связи).За счет нее часть энергии колебательного контура передается в цепь базы транзистора.
Для того чтобы это устройство было генератором, необходимо чтобы Lк и Lсвязи были включены встречно, что дает фазовый сдвиг цепи обратной связи равный π.
Баланс фаз этой схемы:
φk(ω)+φB(ω)=2π
здесь φk(ωо)= π и φB(ω)= π.
В этой схеме за счет колебательного контура фазовый сдвиг усилителя равен 1800 (φk(ωо)= π) только на одной резонансной частоте ωо, а потому баланс амплитуд и баланс фаз выполняется только на одной частоте. Это означает, что в схеме возникают гармонические колебания, частота которых определяется параметрами колебательного контура
|
.
