§ 5. Генерирование колебаний

Генерированием колебаний называется преобразование электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока.

Устройство, предназначенное для генерирования электрических колебаний, называется генератором. В зависимости от формы создаваемых колебаний, генера­торы можно подразделить на два типа:

– генераторы синусоидальных колебаний;

– генераторы несинусоидальных колебаний.

5.1. Генерирование синусоидальных колебаний

Для получения синусоидальных колебаний используются ламповые или транзисторные генераторы с самовозбуждением (автогенераторы). Автогенератор представляет собой систему, состоящую из источника энергии, колебательного элемента и специального устройства (клапана), способного компенсировать поте­ри энергии в колебательном элементе путем дополнительного подведения к нему энергии от источника (рис. 4.1.14).

Обратная связь

Рис. 4.1.14. Структурная схема автогенератора

5.1.1. Автогенератор с трансформаторной обратной связью

Одной из наиболее простых схем генераторов синусоидальных колебаний является схема автогенератора с транс­форматорной обратной связью (рис. 4.1.15).

Рис. 4.1.15. Схема автогенератора с трансформаторной обратной связью

Автогенератор представляет собой усилитель с положительной обратной связью, в коллектор­ную цепь которого включен колебательный контур. Элементами колебательного контура являются индуктивность L первичной обмотки трансформатора Тр и емкость конденсатора С. Элементом положительной обратной связи является вторичная обмотка L_св трансформатора Тр, включенная в цепь базы транзистора Т.

При включении напряжения питания в колебательном контуре возникают собственные колебания с частотой f₀ :

f₀ = ;

Если бы в контур не подводилась энергия через обмотку обратной связи, то эти колебания из-за потерь в контуре носили бы характер затухающих колебаний. Однако, благодаря индуктивной связи между обмотками трансформатора, колеба­ния, имеющиеся в контуре, через обмотку обратной связи попадают на базу тран­зистора и, усилившись, вновь поступают в колебательный контур, компенсируя происходящие в нем потери.

Таким образом, потери энергии в контуре восполняются за счет энергии источника питания.

Самовозбуждение автогенератора возможно только в том случае, если ам­плитуда колебаний, поступающих на базу транзистора, будет достаточной для то­го, чтобы затухание колебаний в контуре полностью компенсировалось усилением транзистора. Для поддержания постоянного уровня колебаний в контуре должен соблюдаться баланс амплитуд и баланс фаз. Поскольку транзистор изменяет фазу подводимых к нему колебаний на 180°, то для выполнения баланса фаз необходи­мо изменить фазу этих колебаний еще на 180°. Это достигается соответствующей полярностью включения катушки обратной связи.

5.1.2. Трехточечные схемы автогенераторов

Кроме схем с трансформаторной обратной связью, широко применяются так называемые трехточечные схемы автогенераторов. Трехточечная схема образуется тремя реактивными элементами, подключенными к выводам транзистора:

– между коллектором и эмиттером;

– между коллектором и базой;

– между базой и эмиттером.

Для того, чтобы создать сдвиг фаз на 180°, компенсирующий сдвиг фаз, соз­даваемый транзистором, реактивные сопротивления цепей база-коллектор и база-эмиттер должны иметь разный знак, а реактивные сопротивления цепей эмиттер-база и эмиттер-коллектор должны быть одного знака.