2.10. Принципы построения генераторов синусоидальных колебаний

Генераторы, как и усилители, являются преобразователями энергии источника постоянного тока в энергию выходного сигнала определенного спектра. Однако это преобразование энергии происходит без подачи входного сигнала от внешнего источника. Поэтому в генераторе имеются лишь клеммы для подключения источника постоянного питания и вывода выходного сигнала. С выходных клемм генератора синусоидальных колебаний снимается переменное напряжение определенной частоты.

Структурная схема генератора синусоидальных колебаний приведена на рис.2.20. Генератор построен на базе усилителя, в качестве входного напряжения которого используется часть выходного, переданного по цепи положительной обратной связи. Такая схема может перейти в режим самовозбуждения, если выполняется условие

(2.26)

Рис.2.20. Структурная схема генера- Рис.2.21. Построение для определе тора синусоидальных колебаний ния напряжения U_вх0 на входе уси-

лителя в составе генератора

Знак равенства в этом соотношении соответствует установившемуся генераторному режиму. Действительно, при К_u χ_u = 1знаменатель соотношения (2.23) равен нулю и К_uос → ∞, т.е. выходной сигнал обеспечивается только за счет усиления сигнала, поступающего по цепи обратной связи. Условие К_u χ_u > 1 соответствует установлению в усилителе генераторного режима, однако этот режим не будет стационарным.

Поскольку

= Кеи_u= χ_uе^jφос,

где φи φ- сдвиги фазы сигнала при усилении и при прохождении цепи обратной связи, то установившийся режим генератора достигается при выполнении следующих условий

Кχ_u= 1(2.27)

и

φ + φ = 2 π n, (2.28)

где n = 0, 1, 2…, т.е. целое число.

Соотношение (2.27), называемое амплитудным условием стационарного режима генератора, соответствует такому режиму, при котором величина переменного напряжения, поступающая на вход усилителя по цепи обратной связи, обеспечивает его работу с коэффициентом усиления К. Графическое решение уравнения (2.27) иллюстрируется построениями на рис. 2.21, на котором приведена амплитудная характеристика усилителя и прямая1/χ, учитывающая тот факт, что параметр обратной связи не зависит от напряжения на входе усилителя. Точка пересечения на рис.2.21 определяет величину напряжения на входе усилителя Uпри его работе в составе генератора. Видно, что условие (2.27) может обеспечиваться лишь при работе усилителя в режиме насыщения.

Соотношение (2.28) является фазовым условием стационарного режима, условием баланса фаз. Согласно этому условию сумма фазовых сдвигов в усилителе и в цепи обратной связи должна быть кратна 2π, что реализуется при положительной обратной связи.

В схемах генераторов синусоидальных колебаний вводится элемент с частотной зависимостью электрических параметров, которым определяется рабочая частота. Такими элементами являются колебательные LC-контуры иRC-фильтры. Рабочая частотаLC-генератора практически совпадает с резонансной частотой контура

f_рез = .

Как следует из этого соотношения, что при переходе к низким частотам увеличиваются значения емкости конденсатора и индуктивности контура, а, следовательно, их массо-габаритные параметры. Поэтому LC-контуры используются в генераторах высоких частот, аRC-фильтры – в генераторах низких частот.