10 Генераторы

10.1 Самовозбуждение автогенераторов

Генератор – это радиотехническое устройство, которое без постороннего воздействия преобразует энергию источника питания в энергию электрических колебаний заданной формы.

Автогенератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с коэффициентом усиления , охваченный ПОС с коэффициентом передачи (точки означают, что эти величины комплексные).

(*)

(**)

Подставим выражение (*) в выражение(**),получим:

(***)

Как видно из рисунка, входной сигнал сначала усиливается в раз, а затем ослабляется в раз. Колебания будут незатухающими, если усиление будет равно ослаблению, т.е. если входной сигнал , пройдя усиление и ослабление и став , не изменится по величине, т.е. если .

Тогда с учетом выражения (***) можно записать: или, перейдя

к модулям, (****) , где - модуль коэффициента усиления усилителя;

- модуль коэффициента передачи цепи ОС;

- фазовый сдвиг усилителя с цепью ОС:

, где

- фазовый сдвиг, вносимый усилителем;

- фазовый сдвиг, вносимый цепью ОС.

Выражение (****) можно представить в виде:

и , где n=0, 1, 2, 3…(целое число).

Условие называется условием баланса фаз и означает, что фазы напряжения обратной связи и входного напряжения совпадают (в этом случае ОС становится положительной).

Условие называется условием баланса амплитуд.

Знак равенства отражает установившийся процесс, т.е. когда потери в контуре полностью компенсируются поступившей в контур энергией.

Знак неравенства отражает процесс развития автоколебаний, т.е. когда энергия, поступающая в контур, превышает потери контура. В этом случае амплитуда колебаний будет непрерывно возрастать.

Таким образом, условием самовозбуждения генератора является одновременное выполнение баланса фаз и баланса амплитуд.

10.2 LC-генератор

Основой LC – генератора является резонансный усилитель, в котором с помощью трансформатора создана ПОС.

Так как усилитель собран на транзисторе ОЭ, т.е. инвертирует входной сигнал (фаза выходного напряжения сдвинута на 180^о относительно входного напряжения), то для выполнения условия баланса фаз трансформатор должен осуществить сдвиг фаз еще на 180^о. Для этого обмотки трансформатора включают встречно (точки около выводов обмоток указывают на синфазность напряжения на них).

При включении питания в контуре, состоящем из и , возникают синусоидальные колебания с частотой

, которые поддерживаются положительной обратной связью в устройстве.

Если частота отклонится от значения , то сопротивление контура перестанет быть чисто активным и приобретет реактивный характер (индуктивный или емкостной), что внесет дополнительный фазовый сдвиг и условие баланса фаз перестанет выполняться.

Кроме того, отклонение частоты от резонансной приводит к уменьшению сопротивления контура, а, следовательно, к снижению коэффициента усиления , что нарушит баланс амплитуд.

Таким образом, генерация автоколебаний в данной схеме осуществляется на частоте (или очень близкой к ней).

Колебательный контур в данной схеме включен в коллекторную цепь, т.е. играет роль нагрузки.

, - цепь эмиттерной стабилизации (устраняет температурную нестабильность).

, - делитель (осуществляет подачу напряжения смещения на базу транзистора).

Конденсатор имеет на частоте генерации реактивное сопротивление, стремящееся к нулю, т.е. заземляет один конец базовой обмотки, тем самым уменьшая влияние переменной составляющей тока базы на положение рабочей точки.

10.3 Генераторы прямоугольных импульсов

10.3.1 Триггер

Триггером называется устройство, обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное под действием управляющего сигнала переходить скачком из одного устойчивого состояния в другое.

В любом устойчивом состоянии на одном выходе триггера будет высокий потенциал, а на другом – низкий. Переход из одного устойчивого состояния в другое происходит лавинообразно.

Симметричный триггер с внешним смещением и раздельным запуском

Переключение триггера:

Пусть - открыт (насыщен), - закрыт.

Чтобы вывести схему из устойчивого состояния, подадим положительный запускающий импульс на базу .

П ри этом выйдет из насыщения и перейдёт в активный режим, потенциал его коллектора станет бо́лее отрицательным (вытекает из 2-го закона Кирхгофа): , где

const

- ток коллектора в активном режиме ( )

Отрицательный скачок напряжения с коллектора через делитель поступает на базу , что приведёт к отпиранию и переходу его в активный режим. Потенциал его коллектора станет ­ме́нее отрицательным:

, где

const

- ток коллектора в активном режиме ( ).

Положительный скачок напряжения с коллектора через делитель поступает на базу , подзапирая его, еще больше уменьшится, потенциал коллектора станет ещё бо́лее отрицательным и т. д.

Лавинообразный процесс завершится запиранием и отпиранием , т.е. переключением триггера в другое устойчивое состояние.

Для нового переключения триггера положительный запускающий импульс нужно подать на базу .