38. Назначение генераторов. Классификация схем зг. Основные требования предъявляемые к генераторам Назначение

Генераторы – это устройства СИ предназначенные для генерации различного вида сигналов, которые используются в процессе формирования и преобразования измерительных сигналов (отдельных или сетки опорных, контрольных и несущих частот, стандартных сигналов, сигналов развёртки, синхронизации и т.д.).

В генераторах источником возникновения сигналов являются схемы называемые автогенераторами или задающими генераторами (ЗГ).

Классификация схем ЗГ:

По типу используемого усилительного элемента (УЭ) различают ламповые и транзисторные, а также на отрицательном дифференциальном сопротивлении (например, на туннельном диоде) и параметрические;

По числу УЭ – одно- и двухкаскадные;

По виду -цепи (ОС) – с внешней и внутренней;

По типу -цепи – LC-, RC-, кварцевые и камертонные (электромеханические);

По схеме подключения -цепи к УЭ различают двухточечные и трёхточечные схемы.

Основные требования

Важнейшими требованиями к генераторам являются высокая стабильность частоты и уровня, генерируемых сигналов.

Первый параметр оценивают по величине абсолютной нестабильности генератора f_г=f_гf_г.ном, где f_г – текущая частота, f_г.ном – номинальная (задаваемая) частота. На практике более удобным показателем является относительная нестабильность частоты генератора f_г=f_г/f_г.ном.

39. Задающие генераторы и их построение.

Задающие генераторы и их построение

ЗГ (автогенератор) является основным элементом генераторных устройств СИ.

ЗГ – это электрическая цепь, в которой устанавливаются незатухающие электрические колебания без всякого периодического воздействия извне, и называется автоколебательной цепью (системой).

С энергетической точки зрения ЗГ представляет собой схему, преобразующую энергию постоянного тока (источника питания) в энергию создаваемых ею незатухающих колебаний (автоколебаний).

Обобщённая структурная схема зг

Содержит (рис. 1) источник постоянного тока, колебательную систему и для поддержания незатухающих колебаний – нелинейный элемент управления поступлением энергии от источника тока в колебательную систему, согласованный с процессами в колебательной системе посредством внешней положительной обратной связи или за счёт внутренней ПОС элемента управления.

Условия самовозбуждения и стационарного режима ЗГ

Для возникновения автоколебаний необходимо, чтобы в замкнутой схеме выполнялись условия самовозбуждения, которые в общем случае записываются как K(jw)*B(jw)=1; - баланс фаз

Представляет собой схему LC-автогенератора (рис. 2) на нелинейном резонансном усилителе с индуктивной (трансформаторной) ПОС.

Усилитель, выполненный на полевом транзисторе, обеспечивает компенсацию потерь в схеме так, чтобы поддерживалась постоянная амплитуда колебаний.

Работа усилителя, должна быть согласована с процессами в колебательной системе (LC-контур), путём введения между ними цепи ПОС за счёт взаимоиндуктивности между L_св и L_к (напряжение ОС U_ос сдвинуто по фазе относительно напряжения на стоке U_с на 180°).

Процессы в рассматриваемой схеме описываются нелинейным дифференциальным уравнением, так как внутреннее сопротивление и крутизна характеристики транзистора в общем случае являются функциями напряжения U_ос.

Полагая, что напряжение на контуре с высокой добротностью, а следовательно, и напряжение на затворе транзистора изменяются во времени по гармоническому закону, согласно квазилинейной теории, вместо обычной крутизны , которая является функцией мгновенного напряжения на затворе, можно воспользоваться средней крутизной .

Условия самовозбуждения в данном случае записываются в виде соотношений: (38)

Условия (37) и (38) можно объединить в одно выражение: (39) которое называется правилом амплитуд. Необходимо помнить, что знаку "больше" соответствует крутизна в начальной рабочей точке, а знаку равенства – средняя крутизна стационарного состояния.

Условие (36) устанавливает связь между фазовыми соотношениями в элементах автогенератора и поэтому называется условием баланса фаз, или правилом фаз. Оно утверждает, что в установившемся режиме сумма всех фазовых сдвигов при обходе системы по замкнутому пути должна быть равна целому числу . Частота, при которой это требование выполняется, и является частотой возможных автоколебаний .

Установление стационарной амплитуды напряжений и токов автоколебаний в ЗГ происходит за счёт нелинейности ВАХ транзистора.

Условие стационарности колебаний в автогенераторе аналитически представляется в виде двух равенств называемых условием амплитуд и баланса фаз. Частота, при которой выполняется условие баланса фаз, и является частотой колебаний.Стационарная амплитуда в автогенераторе оказывается устойчивой, если выполняется условие .

, (36)

где n=0, 1, 2 … и, во-вторых .