1.2 Технічні характеристики пристрою.

Найбільш простий спосіб генерації синусоїдальних коливань полягає в компенсації загасання коливального LC-контура за допомогою підсилювача.

Розглянемо деякі точки зору на цю тему. На малюнку (1.4) показана структурна схема генератора. Підсилювач збільшує вихідну напругу блоку А, при цьому виникає додатковий зсув фази α між U2 і U1. До виходу підсилювача приєднаний резистор навантаження Rv і частотно-залежний ланцюг зворотного зв'язку, в якості якого, наприклад, може бути використаний коливальний контур. При цьому напруга зворотного зв'язку U3-kU2. Фазовий зсув між напругами U3 і U2 становить кут β.

Малюнок 1.4. Структурна схема генератора.

Для перевірки здатності генератора самозбуджуватися, необхідно розірвати ланцюг зворотного зв'язку і навантажити її вихід резистором Re, який відповідає вхідному опору підсилювача. При цьому застосована напруга U1 подається на вхід підсилювача, після чого вим ірюється U3. Умови самозбудження генератора будуть виконуватися, якщо вихідна напруга виявиться рівною вхідній.

Із цього витікають умови створення коливань:

U1=U3 =kAU1 (1.1)

Коефіцієнт посилення при замкненому ланцюзі зворотного зв’язку g при цьому складе:

g = kA = 1 (1.2)

Для цього потрібне виконання двох умов:

g = k × A = 1 (1.3)

і:

α + β = 0,2π (1.4)

Формула (1.3) визначає необхідну амплітудну умову виникнення коливань, яка полягає в тому, що генератор тільки тоді може перейти в режим автоколивання, коли підсилювач компенсує загасання в ланцюзі зворотного зв'язку. Формула (1.4) визначає необхідну фазову умову, що полягає у тім, що коливання виникають тільки тоді, коли вихідна напруга знаходиться у фазі з вхідною. Більш точні уявлення про те, яку форму кривої створює генератор на якій частоті, можна отримати тільки на основі аналізу параметрів ланцюга зворотного зв'язку. Як приклад розглянемо LC-генератор, схема якого показана на (мал. 1.5).

Малюнок 1.5. Схема LC-генератора.

Електрометричний підсилювач підсилює напругу U1 (t) в А раз. Так як виходи підсилювача є низькоомними, коливальний контур підключений паралельно опору резистора R. Для обчислення напруги зворотного зв'язку застосуємо правило вузлів закону Кирхгофа до точки 1 і отримаємо:

(1.5)

При U2 = AU1 отримуємо співвідношення:

(1.6)

Формула (1.6.) зображує диференціальне рівняння затухаючих коливань. Змінюючи коефіцієнти:

и , (1.7)

Класична форма диференціального рівняння:

(1.8)

Рівняння має наступне рішення:

(1.9)

Можна розглянути три випадки:

- γ> 0, тобто А <1.

- Амплітуда вихідної змінної напруги зменшується по експоненті:

Мають місце затухаючі коливання;

- γ <0, тобто А = 1.

Мають місце синусоїдальні коливання з частотою і постійною амплітудою, тобто не затухаючі коливання;

- γ <0, тобто А> 1.

Амплітуда вихідної змінної напруги зро стає по експоненті.

Рівняння (1.5) визначає необхідну умову існування коливань. Тепер можна уточнити цей результат: для А = 1 отримуємо синусоїдальну вихідну напругу з постійною амплітудою і частотою:

При ослабленні зворотного зв'язку амплітуда зменшується по експоненті, при посиленні - збільшується. Щоб генератор при включенні напруги живлення починав збуджуватися, значення А повинно бути більше одиниці

Коли А > 1 амплітуда коливань буде зростати по експоненті (за умови компенсації ослаблення підсилювачем) до моменту, коли настане перевантаження. При появі перевантаження значення А зменшується до тих пір, поки не досягне значення одиниці. Однак при цьому форма коливань на виході підсилювача буде відрізнятися від синусоїди. Якщо досягається бажана синусоїдальна форма вихідної напруги, необхідно забезпечити автоматичне регулювання посилення, таке, щоб А = 1, перш ніж підсилювач почне перевантажуватися. При високих частотах відмовляються від регулювання посилення, і в якості вихідного використовують напруги на коливальному контурі.