XII. Електронні генератори

12.1. Загальні відомості про генератори

Електронними генераторами називаються пристрої для створення електричних коливань визначеної амплітуди, частоти і форми. Енергія генеруючих коливань з'являється в результаті перетворення енергії джерел постійного, або змінного струму, що підключаються до генератора.

Генератори з живленням від джерел постійного струму поділяються на генератори з зовнішнім збудженням, що є власне кажучи працюючими в нелінійному режимі резонансними підсилювачами потужності, і генератори із самозбудженням, названі автогенераторами. Частота і форма коливань визначаються властивостями і параметрами кіл генераторів.

Автогенератори є джерелами високочастотних коливань у радіопередавачах, входять до складу різної вимірювальної апаратури і пристроїв автоматики, використовуються як джерела допоміжних коливань у радіоприймачах, для високочастотного нагрівання металів і інших матеріалів, у побутовій техніці і т.д.

А

Рис. 12.1. Структурна схема автогенератора

втогенератор можна утворити шляхом підключення до підсилювача кола позитивного зворотного зв'язку (рис. 12.1). Поява на вході підсилювача змінної напруги амплітудою приводить до виникнення на його виході напруги амплітудою . По колі зворотного зв'язку на вхід підсилювача передається напруга амплітудою . Очевидно, що при , тобто по колі зворотного зв'язку на вхід підсилювача надходить напруга, рівна вхідній. Коливання підсилюються, повторюється процес передачі напруги з виходу підсилювача на його вхід і т.д. У колі буде протікати сталий стаціонарний процес, що характеризується наявністю на виході підсилювача змінної напруги деякої амплітуди. Співвідношення визначає умову існування в підсилювачі зі зворотним зв'язком цього стаціонарного процесу.

Комплексні числа і можна представити у вигляді . Тоді . Ця рівність виконується, якщо (умова балансу амплітуд) і _к_=2k, де k=0, 1, 2, ... (умова балансу фаз).

У стаціонарному режимі втрати енергії в елементах автогенератора і навантаженню рівні енергії, що надходить від джерела живлення.

Умові відповідає K_u. Цей результат варто розглядати як відображення можливості появи на виході підсилювача з позитивним зворотним зв'язком змінної напруги визначеної амплітуди при як завгодно малій амплітуді напруги на його вході. Амплітуда вихідної напруги завжди обмежена.

Очевидно, при виконанні умови амплітуда напруги, що надходить по колі зворотного зв'язку, виявиться більшою амплітуди первісних коливань на вході підсилювача. У результаті надходження енергії від джерела живлення амплітуда вихідної напруги генератора буде зростати, але тільки до деякого значення. Обмеження амплітуди коливань відбудеться внаслідок збільшення енергії, що віддається автогенератором, у навантаження і зменшення величини K_u, обумовленого наявністю нелінійних елементів у колі автогенератора (транзисторів, діодів, терморезисторів, нелінійних резисторів і ін.). Встановлюється стаціонарний режим з деякою амплітудою вихідної напруги, при якій K_u=1 і має місце баланс між енергією коливань, що витрачається в елементах автогенератора і його навантаженню, і енергією, що надходить від джерела живлення. Співвідношення є умовою виникнення коливань в автогенераторі (умова його самозбудження).

Для збудження коливань у підсилювачі з позитивним і сильним зворотним зв'язком досить появи на його вході первісного поштовху у вигляді незначної зміни напруги. Цей первісний поштовх завжди можливий і виникає при включенні джерела живлення, у результаті флюктаційних явищ, перехідних процесів, змін напруги живлення і т.д.

Розрізняють «м'який» і «жорсткий» режими самозбудження. Перший реалізується з появою на вході підсилювача як завгодно малих змін напруги, другий — при досить великих.