Електронні генератори та вимірювальні прилади

Електронний генератор – це пристрій, що перетворює електричну енергію джерела постійного струму в енергію електричних коливань необхідної форми, частоти і потужності, які не затухають.

Класифікація електронних генераторів

За принципом роботи розрізняють:

• автогенератори (із самозбудженням);

• генератори із зовнішнім збудженням;

Генератори із зовнішнім збудженням є підсилювачами потужності високої частоти.

Електронні автогенератори поділяються на автогенератори синусоїдальних (гармонічних) коливань і автогенератори коливань несинусоїдальної форми, які називають релаксаційними (імпульсними) автогенераторами.

Генератори синусоїдальних коливань

Генератори із самозбудженням широко використовуються в радіоприймальних пристроях (супергетеродинних), радіопередавачах, у вимірювальних пристроях, в ПЕВМ, в пристроях телеметрії і ін.

За діапазоном генератори поділяються:

* низької частоти - від 0,01Гц до 100кГц;

* високої частоти - від 100кГц до 100мГц;

* зверхвисокої частоти - від 100МГц і більше .

Найбільш розповсюдженою схемою автогенератора є підсилювальний елемент і коливальна схема, що пов’язані між собою ланцюгом позитивного зворотнього зв’язку.

Для побудови автогенератора синусоїдальних коливань, як правило ,використовується два типи підсилювальних схем – резонансні підсилювачі і підсилювачі на резисторах.

Автогенератори резонансного підсилювання називаються автогенераторами типу LC.

Автогенератори, що побудовані на резисторах – автогенератори типу RC.

LC використовуються головним чином на високих частотах, RC – на низьких.

В якості підсилювальних елементів схем автогенераторів, що використовуються в пристроях електронної автоматики та обчислювальної техніки, найбільш широко використовуються транзистори та тунельні діоди.

LC – генератор

Схема LC генератора складається з:

• коливальної системи;

• джерела електричної енергії;

• транзистора;

• елементу зворотнього зв’язку.

Схема транзисторного генератора LC на 18.1 Така схема використовується в діапазоні високих частот. R , R , R , C призначені (так само, як і у підсилювачах) для забезпечення необхідного режиму за постійним струмом та його стабілізації. За допомогою конденсатора С , ємнісний опір якого на високій частоті незначний, заземлюється один кінець базової обмотки.

В момент включення джерела живлення в колекторному ланцюзі транзистора з’являється струм І , який заряджає конденсатор С коливального контура. Так як до конденсатора приєднана котушка L , то після завершення заряду конденсатор починає розряджатися на котушку. В результаті обміну енергією між конденсатором і котушкою в контурі виникають вільні коливання, що затухають, частота яких визначається параметрами контура і дорівнює

f =

Змінний (коливальний) струм контура, що проходить через котушку L , створює навколо неї змінне магнітне поле. Внаслідок цього в котушці зворотного зв’язку L , яка включена в ланцюг бази транзистора, наводиться змінний струм тієї ж частоти, з якою відбуваються коливання в контурі. Ця напруга викликає пульсацію струму колектора, на якому з’являється його змінна складова.

Змінна складова колекторного струму поповнює втрати енергії в контурі, створюючи в ньому змінну напругу, яку підсилив транзистор. В свою чергу це призводить до нового зростання напруги на котушці зв’язку L , яке потягне за собою нове наростання амплітуди змінної складової струму колектора і тд.

Зрозуміло, що зростання колекторного струму не відбувається безмежно – воно спостерігається лише в межах активної ділянки вихідної характеристики транзистора( на ділянці насиченості, як відомо, струм колектора практично не змінюється). Що стосується амплітуди коливань в контурі, то її зріст обмежується опором втрат контура, а також затуханням, що вноситься в контур за рахунок протікання струму в базовій обмотці

Незатухаючі коливання в контурі автогенератора встановляться лише при виконанні двох основних умов, які отримали назву умов самозбудження.

Перша умова – умова балансу фаз. Суть її зводиться до того, що в схемі повинний бути встановлений дійсно позитивний зворотній зв’язок між вхідним і вихідним ланцюгами транзистора. Тільки в цьому випадку здійснюються необхідні передумови для поповнення втрат енергії в контурі.

Оскільки резонансний опір паралельного контура несе тільки активний характер, то при дії на базу сигналу з частотою, що дорівнює частоті резонансу, напруга на колекторі буде зсунута по фазі на 180 (як для звичайного резистивного каскаду підсилення).

Виконання умови балансу фаз є необхідним, але недостатнім для самозбудження схеми. Друга умова самозбудження полягає в тому, що для здійснення автоколивального режиму послаблення сигналу, що вноситься ланцюгом зворотнього зв’язку, повинно компенсуватися підсилювачем. Іншими словами глибина позитивного зворотнього зв’язку повинна бути такою, щоб втрати енергії в контурі повністю поповнювались.

Умова самозбудження отримало назву умови балансу амплітуд.

Процес виникнення, наростання і встановлення коливального режиму транзисторного автогенератора (при виконанні умов балансу фаз і амплітуд)можна пояснити за допомогою так званої коливальної характеристики автогенератора, яка є залежністю U = f (U ). 18.2

Так як характеристика транзистора є нелінійною, то амплітудна характеристика підсилювача також є нелінійною, тобто із зростанням рівня вихідного сигналу коефіцієнт підсилення зменшується. Відповідно амплітуда коливань в контурі не може збільшуватися безмежно і обмежується на певному рівні, що відповідає відповідному встановленому режиму.