Lektsia_20

Лекція 20

Тема: «Електронні генератори, їх призначення, класифікація, робота найпристіших схем LC-автогенераторів».

Мета: «Розглянути електронні генератори, їх класифікацію та призначення, засвоїти принцип роботи найпростіших LC-автогенераторів».

Література: Л1, ст. 478..481.

Основні питання:

1. Електронні генератори, їх призначення, класифікація.

2. Робота найпристіших схем LC-автогенераторів, умови балансу фаз і амплітуд.

1. Електронні генератори, їх призначення, класифікація.

Електронним генератором називається пристрій, що перетворює енергію джерела живлення в енергію змінного струму певної форми і частоти за допомогою електронних приладів.

Електронні генератори знаходять широке застосування в різних областях техніки і в побуті. Вперше їх почали застосовувати в радіоапаратурі для зв'язку і радіомовлення. Електронні генератори використовують для розв’язання всіляких технічних завдань, таких як високочастотне загартування і сушіння, влагометрия. Нарешті, електронні генератори почали використовути й у побуті - як приклад можна назвати мікрохвильові печі, що володіють певними перевагами при готуванні їжі.

Електронні генератори можна класифікувати по різних ознаках:

по способу збудження - зі стороннім збудженням і самозбудженням (автогенератори);

за формою генеруючих коливань - генератори гармонійних (синусоїдальних) коливань і несинусоїдальних (релаксаційних) коливань;

по діапазону генеруючих частот - низькочастотні (до 100 кгц), високочастотні (100 кгц-100 МГц), генератори надвисоких частот (НВЧ) - понад 100 МГц, генератори оптичного діапазону.

Електронні генератори з постійним збудженням, власне кажучи, є вибірними (резонансними) підсилювачами. Генератор із самозбудженням називається автогенератором.

За принципом дії автогенератори можна розділити на три види:

1. автогенератори з позитивним, зворотним зв'язком - такі генератори мають найбільше розповсюдження;

2. генератори з негативним опором, наприклад, побудовані на тунельних діодах;

3. автогенератори, в яких використовується пристрій, опір якого в процесі роботи змінюється стрибком (наприклад, електронний прилад у ключовому режимі).

2. Робота найпристіших схем LC-автогенераторів, умови балансу фаз і амплітуд.

Р озглянемо принцип дії автогенератора з позитивним зворотним зв'язком (рис. 1).

Рис. 1. Структурна схема підсилювача з розімкнутим ланцюгом зворотного зв'язку (а) і перетворення його в автогенератор (б)

Коефіцієнт підсилення по напрузі k = U_вих/U_вх, коефіцієнт зворотного зв'язку β = U_о.с/U_вих; U_о.с - напруга зворотного зв'язку.

З виразів для k й β слідує, що

U_о.с = βU_вих = βkU_вх

Якщо за рахунок підбору β домогтися, щоб βk = 1, то U_о.с = U_вх.

Якщо при виконанні цих умов відключити напругу U_вх від стороннього джерела і підключити на вхід підсилювача U_о.с = U_вх,то підсилювач буде в тих же умовах, в яких він перебував, коли на його вхід подавалася напруга від стороннього джерела, і, таким чином, підсилювач перетворюється в автогенератор.

Виконання умови U_о.с = U_вх називається виконанням умови балансу амплітуд. Крім виконання цієї умови для перетворення підсилювача в автогенератор необхідно також виконання умови балансу фаз, при якій напруга U_о.с збігається по фазі з напругою U_вх. При цьому втрати енергії в автогенераторі выдновлюються через ланцюг зворотного зв'язку від джерела живлення автогенератора. Коливання на виході схеми підтримуються в такт (у фазі) коливаннями, що надходять на вхід через ланцюг зворотного зв'язку. При β < 1/k напруга на вході через ланцюг зворотного зв'язку виявиться занадто малимою і коливання на вході припиняються. При β > 1/k напруга на виході буде зростати доти, поки нелінійність вольт-амперної характеристики підсилювача не призведе до зменшення k до значення, при якому буде виконуватися умова U_о.с = U_вх.

Якщо умови балансу амплітуд і фаз виконуються для однієї частоти, автогенератор буде генерувати гармонійні коливання. Якщо умови виконуються для смуги частот, то в генераторі будуть виникати несинусоїдальні коливання.

При використанні в генераторі LС коливального контуру утворюються LС-автогенератори, які працюють на високих частотах. У випадку застосування в якості елементів схеми резисторів і конденсаторів, утворюються RС-автогенератори, які використовуються для генерування низьких частот.

На рис. 2 показана спрощена схема LС-автогенератора синусоїдальних коливань з індуктивним зворотним зв'язком. Вона складається з транзистора типу п-р-п, коливального контуру L_кС_к, котушки зворотного зв'язку L_о.с і джерела живлення Е_п. При замиканні ключа К напруга джерела живлення викликає колекторний струм, який через індуктивність котушки L_к буде наростати поступово, при цьому заряджається конденсатор С_к. У генераторі використається контур з малими втратами, тобто з високою добротністю, тому розряд конденсатора через котушку L_к буде носити коливальний характер. Змінний струм в контурі через взаємоіндукцію М збудить напругу в котушці зворотного зв'язку L_о.с, яка попадає на базу транзистора і викликає пульсацію струму бази і колекторного струму. Змінна складова колекторного струму створить змінну напругу на коливальному контурі, яка при виконанні умов балансу фаз і амплітуд перетворить коливання в контурі в незатухаючі.

Ч астота виникаючих коливань визначається частотою власних коливань контуру:

При необхідності побудови автогенераторів у діапазоні низьких частот використання LС-коливальних контурів недоцільно, тому що такі контури стають громіздкими і мають добротність меншу, ніж необхідно для самозбудження генератора. Генератори самозбудження низької частоти будують по інших схемах і в якості ланцюгів зворотного зв'язку використовують елементи у вигляді резисторів і конденсаторів.

Контрольні питання:

1. Що представляє собою електронний генератор?

2. По яких параметрах класифікують електронні генератори?

3. Що необхідно для перетворення підсилювача в автогенератор?

4. Які особливості LС-автогенераторів?

5. Як визначити частоту виникаючих коливань в авторенераторі?

6. Чи доцільне використання LС-коливальних контурів у діапазоні низьких частот?

4