Общие сведения и классификация генераторов, условия самовозбуждения

Автогенераторами называют электронные устройства, предназначенные для преобразования энергии постоянного тока в энергию незатухающих колебаний, которые могут быть гармоническими (синусоидальными) и импульсными (несинусоидальными). Автогенера-торы характеризуются автономностью колебательного процесса и для их работы необходим только источник постоянного тока.

Генераторы применяются в различных электронных устройствах. Они являются составной частью многих измерительных приборов и важней-шими блоками автоматических систем. В радиоэлектроники и теле-видении генераторы используются для передачи информации на боль-шин расстояния.

Генераторы классифицируют по форме колебаний на синусоидальные, прямоугольные, пилообразные и другие, по частоте  на генераторы низкой, высокой, сверхвысокой частоты, по типу цепей возбуждения колебаний и по другим признакам.

Генераторы оценивают следующими характеристиками:

- диапазон генерируемых частот;

- точность установки частоты и поддержания её во время работы;

- степень искажения формы колебаний и изменения амплитуды выходного напряжения;

- зависимость параметров выходного сигнала от внешней нагрузки;

По способу получения колебаний генераторы подразделяют на две группы: генераторы с внешним возбуждением и генераторы с самовоз-буждением. Генераторы с внешним возбуждением являются усилителями мощности, на вход которых подаются электрические сигналы от источ-ника колебаний. Генераторы с самовозбуждением содержат формиро-ватели колебаний. Такие генераторы называют автогенераторами.

Генератор является замкнутой системой (рис. 14.1), состоящей из источника энергии ИЭ, усилительного элемента УЭ, формирователя колебаний ФК, цепей положительной обратной связи (ПОС) и отрица-тельной обратной связи (ООС).

           Рис. 14.1. Структурная схема генератора колебаний.

Источником энергии служит стабилизированный источник постоянного тока или батарея химических элементов. В качестве УЭ используются транзисторы, электронные лампы и другие нелинейные элементы. Формирователями колебаний (автогенераторами) являются УЭ в сочитании с резонансными LC- контурами или фазирующими RC- цепями. Цепь ПОС обеспечивает автоколебательный режим в цепи генератора. Цепь ООС стабилизирует параметры УЭ и улучшает их характеристики.

Принцип работы автогенератора основан на автоматическом пополнении энергии, которую затрачивает формирователь колебаний. Генерация колебаний возникает и поддерживается при соблюдении двух условий:

- произведение коэффициента усиления на коэффициент обратной связи должен быть равен единице, т.е. Кβ = 1 (амплитудное условие);

- фаза колебаний на выходе цепи обратной связи должна совподать с фазой колебаний на входе усилительного элемента, т.е. суммарный сдвиг фазы, создаваемый усилителем и цепью обратной связи, равен нулю или  +  = 0 (фазовое условие).

Первое условие называют балансом амплитуд и если оно не выпол-няется, то колебания будут затухать и прекратятся при Кβ < 1. При  Кβ > 1 амплитуда колебаний будет возрастать пока рост не прекратится вследствие нелинейности усилительного элемента.

Второе условие называется балансом фаз  и оно означает, что колебания возникают при вполне определённой частоте, при которой наблюдается совподение фаз. При большом фазовом сдвиге колебания прекратятся: выходное колебание будет гасить входное.

При соблюдении обоих условий колебания плавно или резко возникают и автоматически поддерживаются с заданным размахом.