Генераторы гармонических колебаний

Генератором гармонических колебаний называют устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и мощности.

ГГК являются одной из составных частей измерительных приборов и автоматических систем.

Электронные генераторы гармонических колебаний классифицируются по ряду признаков, основными из которых являются частота и способ возбуждения.

В зависимости от частоты генераторы подразделяют на:

- низкочастотные (0,01 / 100 кГц);

- высокочастотные (0,1 / 100 МГц);

- сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц).

По способу возбуждения различают:

- генераторы с независимым возбуждением. Такими генераторами являются, по существу, усилители мощности с соответствующим частотным диапазоном;

- автогенераторы или генераторы с самовозбуждением.

Рассмотрим структурную схему автогенератора, которая состоит из усилителя с коэффициентом усиления K и звена положительной обратной связи с коэффициентом передачи β (рисунок 2.53).

P AAAAAAAAAAAAAAAAAAcFAABkcnMvZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABADzAAAAFAYAAAAA " fillcolor="white [3201]" strokecolor="white [3212]" strokeweight="2pt">

Рисунок 2.53 – Структурная схема автогенератора

Коэффициент усиления K и коэффициент передачи звена обратной связи β приняты комплексными, т. е. учитывается их зависимость от частоты. В качестве усилителя в автогенераторах могут применяться различные усилители: на транзисторах, на интегральных микросхемах и т. д.

Звеном обратной связи являются частотно-зависимые цепи: LC -контуры и RC -четырехполюсники.

Входным сигналом для усиления является часть его выходного напряжения, передаваемое звеном положительной обратной связи.

Стационарный устойчивый режим в автогенераторе, при котором амплитуды входных и выходных напряжений имеют неизменные значения, будет возможен при выполнении условия, называемого условием самовозбуждения:

К · β= 1,

которое следует из соотношений

U _вх = β · U _вых,

U _вых = K · U _вх.

Тогда U _вых = β · K · U _вых.

Условие самовозбуждения можно представить в виде:

| K | · e^{i φ} · |β| · e^{i ψ} = 1,

где | K |, |β| – модули коэффициентов усиления и передачи, соответственно;

φ, ψ – аргументы этих коэффициентов.

Это равенство выполняется при условиях:

1. | К | · |β| = 1 – условие баланса амплитуд;

2. φ + ψ = 2π n – условие баланса фаз,

где n = 0, 1, 2, 3, …

φ – фазовый сдвиг выходного напряжения усилителя;

ψ – фазовый сдвиг выходного напряжения звена обратной связи.

Условие баланса фаз означает, что сумма фазовых сдвигов выходных напряжений усилителя и звена обратной связи в автогенераторе равна нулю или целому числу 2π, что свидетельствует о наличии в данном устройстве положительной обратной связи.

Условие баланса амплитуд соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются звеном положительной обратной связи от источника питания автогенератора. Для получения стационарных устойчивых колебаний условие баланса амплитуд должно удовлетворять соотношению: | К | · |β| ≥ 1.