Глава 9 генераторы гармонических колебаний

Генераторы гармонических колебаний являются одними из наиболее важных и незаменимых элементов различных устройств. Генераторы используют при измерениях, в аппаратуре связи, авто­матике и телемеханике. В зависимости от условий работы к генера­торам предъявляют разные требования в отношении стабильности частоты, амплитуды и формы колебаний. Генераторы, которые должны обеспечивать относительную нестабильность частоты не хуже 10^-6, делают с кварцевой стабилизацией частоты. В этих ге­нераторах кварцевый резонатор определяет все основные парамет­ры. Кварцевые генераторы являются сложными устройствами.

Основное внимание в этой главе будет уделено простым схе­мам генераторов, к стабильности частоты которых не предъявляет­ся особых требований. Причины, вызывающие нестабильность па­раметров этих генераторов, известны, и они широко освещены в литературе.

Основными элементами генераторов являются активный эле­мент и фазосдвигающая цепь. В качестве активного элемента при­меняют усилительные каскады и устройства с отрицательным диф­ференциальным сопротивлением. Фазосдвигающие цепи построены на RC- и LRС-элементах. На частотах выше 100 кГц используют в основном LRС-элементы, а на частотах ниже 20 кГц — генераторы на RС-элементах.

Предъявление повышенных требований к техническим характе­ристикам RС-генераторов неразрывно связано с применением высо­кокачественных усилителей. Однокаскадные генераторы не могут обеспечить высокую стабильность частоты и амплитуды, а также малые нелинейные искажения. Это объясняется тем, что введение в однокаскадный усилитель ООС по постоянному и переменному сиг­налам резко снижает усиление. По этой причине RС-генераторы строятся на многокаскадных усилителях с большим коэффициентом усиления.

В аппаратуре находят применение генераторы с фиксированной и с перестраиваемой частотой Генераторы с перестраиваемой часто­той имеют значительно более широкие возможности. Однако они конструктивно сложнее. Изменение частоты осуществляется за счет изменения номиналов элементов У? и С. В качестве переменного со­противления можно использовать полевой транзистор. Расширения пределов изменения емкости можно добиться, включив конденсатор в цепь ООС. Максимальная эквивалентная емкость будет при этом определяться С_Экв = С_0с (1 + К_{У и}), где K_{у u} — коэффициент усиления усилителя.

В существующих схемах генераторов могут появиться два вида искажений формы сигналов. Во-первых, искажения, возникающие за счет нелинейной схемы стабилизации амплитуды колебаний. Во-вторых, искажения, возникающие в перестраиваемых генераторах за счет нелинейности характеристики полевого транзистора. Иска­жения первого вида могут быть значительно уменьшены путем до­бавления цепи с автоматической регулировкой коэффициента уси­ления активного элемента Для устранения искажений, связанных с нелинейностью полевого транзистора, необходимо уменьшить амп­литуду гармонического сигнала, а также применить ООС в управ­ляющем каскаде.

Включение корректирующих элементов в ОУ, которые применя­ются в устройствах, показано в гл 1