8.15. Электронные генераторы

Генераторами называют автоколебательные (самовозбуждающи­еся) системы, в которых энергия источника питания (постоянно­го тока) преобразуется в энергию переменного сигнала нужной формы.

В усилителе с положительной обратной связью сигнал обрат­ной связи «помогает» входному сигналу, поэтому существенно возрастает коэффициент усиления напряжения.

Если абсолютное значение (модуль) произведения коэффици­ента усиления напряжения усилителя без обратной связи k_U на коэффициент передачи напряжения в цепи обратной связи γu станет больше единицы (|k_Uγ_U|> 1), то усилитель с обратной связью самовозбуждается.

Если это условие выполняется на одной частоте, то усилитель становится генератором синусоидальных (гармонических) коле­баний или близких к ним. Если же оно справедливо для широкого диапазона частот, то генерируются колебания сложной формы, часто близкие к прямоугольным.

В генераторе синусоидального напряжения усилитель с коэф­фициентом усиления ки охвачен положительной обратной связью с коэффициентом передачи γU. На рис. 8.38, а цепь обратной связи показана четырехполюсником, включенным между выходом и входом усилителя. Выходной сигнал u_вых через цепь обратной свя­зи передается на вход в виде напряжения обратной связи и_ос. Уси­литель выполняется либо на транзисторах, либо на электронных лампах. Наибольшее применение в современной электронной ап­паратуре получили транзисторные генераторы. На рис. 8.38, б по­казан транзисторный LС-генератор.

В схеме RС-генератора с нулевым сдвигом фазы (рис. 8.38, в) усилитель выполнен на двух транзисторах VT1 и VT2. На основе транзистора VT1 создан эмиттерный повторитель, а на основе тран­зистора VT2 — усилительный каскад с общей базой. Потенциал базы транзистора VT2 задается делителем R''_б2, R'_б2 и поддержи­вается постоянным с помощью конденсатора С_б2. Каскад с общей базой не инвертирует фазы входного сигнала.

В практических схемах такого типа обычно R₁ = R₂=R; С₁ = С₂= C и для этих значений , а коэффициент усиле­ния k_U должен быть больше трех.

8.16. Мультивибраторы

В рассмотренных генераторах синусоидального напряжения тран­зисторы работают в усилительном режиме. В отличие от них в ге­нераторах импульсов транзисторы работают в ключевом режиме.

Мультивибраторы — импульсные генераторы с положительной обратной связью, в которых усилительные элементы (транзисто­ры, операционные усилители) работают в ключевом режиме.

Мультивибраторы не имеют ни одного состояния устойчивого равновесия, поэтому относятся к классу автоколебательных гене­раторов и выполняются на дискретных транзисторах, интеграль­ных логических элементах и на операционных усилителях.

На рис. 8.39, а приведена схема мультивибратора на операци­онном усилителе. С помощью делителя напряжения R₂, R₁ осуще­ствляется положительная обратная связь с выхода ОУ на неинвертирующий вход (Вх.2), а RС-контур в цепи инвертирующего вхо­да является времязадающим элементом. Операционный усилитель работает в ключевом режиме и выполняет роль схемы сравнения.

На рис. 8.39, б показана передаточная характеристика ОУ — зависимость выходного напряжения u_вых от напряжения между входами u_вх (разности u_вх1 - u_вх2). Напряжение на входах u_вх1 и u_вх2 сравниваются между собой и, когда u_вх1 = u_вх2> т.е u_вх = 0, происхо­дит переключение операционного усилителя в состояние, харак­теризуемое либо высоким выходным напряжением (состояние положительного насыщения), либо низким выходным напряже­нием (состояние отрицательного насыщения).

Временные диаграммы выходного напряжения u_вых и напряже­ния на конденсаторе u_с, иллюстрирующие принцип функциони­рования мультивибратора, показаны на рис. 8.39, в. В момент вре­мени t=0 напряжение на конденсаторе сравнивается с пороговым напряжением и происходит быстрое переключение ОУ из состояния отрицательного насыщения в состояние положитель­ного насыщения, а выходное напряжение скачком изменяется от до . При этом напряжение u_вх2 устанавливается равным и конденсатор начнет заряжаться с постоянной времени τ = RC.

В момент времени t=t₁ напряжение u_c становится рав­ным U_пор1 и ОУ скачком переключается от до . При этом напряжение на выходе устанавливается равным , а на неинвертирующем входе . После этого конденсатор начнет разряжаться с постоянной времени τ=RC. В момент времени t= t₂ напряжение u_с равно U_пор2 и происходит переключение ОУ.

Период колебания выходного напряжения .При оди­наковых значениях и мультивибратор считается сим­метричным.

Через параметры элементов схемы период колебания определяется по формуле

.