Генераторы электрических колебаний

Генератором электрических колебаний называют устройство, преобразующее энергию постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности.

Функциональная схема генератора имеет вид:

По принципу работы различают генераторы с самовозбуждением (автогенераторы) и генераторы с внешним возбуждением.

Автогенераторы возбуждаются (начинают работать) без приложения к ним дополнительного периодического сигнала.

Автогенераторы делятся на:

- автогенераторы синусоидальных (гармонических) колебаний;

- автогенераторы несинусоидальной формы или релаксационные (импульсные).

Релаксационные генераторы (генераторы импульсов).

Генераторы импульсов в зависимости от формы выходного сигнала делят на генераторы:

- прямоугольной формы (ГПН);

- линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН);

- экспоненциальной формы;
- треугольной формы;

- ступенчатой формы;

- колоколообразной формы.

Обобщенная структурная схема автогенератора.

Тогда:

Отсюда следует, что стационарный режим возможен, когда:

- уравнение стационарности автогенератора.

С учетом частоты ω и фазовых сдвигов можно представить:

Последнее условие выполняется в следующем случае (условия самовозбуждения).

Уравнение (1) определяет условие баланса фаз;

Уравнение (2) определяет условие баланса амплитуд.

Если условия самовозбуждения выполняются только для одной частоты ω – то на выходе – колебания только этой частоты и устройство является автогенератором гармонических колебаний.

Если условия самовозбуждения выполняются для нескольких частот ω, то на выходе генератора колебания не являются гармоническими.

Если условия обеспечиваются 0<ω<∞, то на выходе генератора колебания имеют прямоугольную форму.

Для обеспечения высокой стабильности частоты в автогенераторах применяют метод кварцевой стабилизации частоты – кварцевые генераторы.

Основу кварцевых генераторов составляют кварцевые резонаторы.

Кварцевый резонатор представляет собой электромеханическую колебательную систему.

Эти резонаторы относятся к пьезоэлектрическим элементам, работа которых основана на использовании прямого и обратного пьезоэффекта и отличаются высокой стабильностью частоты резонанса.

Включая пьезорезонаторы, в цепи ОС обеспечивают высокую стабильность частоты генератора.

Эквивалентная схема резонатора: