1.3Принцип работы автогенератора

Рассмотрим работу RС-генератора, который имеет одну цепь положительной обратной связи с коэффициентом передачи . Как известно, RC-усилитель в пределах полосы пропускания имеет постоянный коэффициент усиления и постоянный фазовый сдвиг между входным и выходным напряжениями. В зависимости от вида частотных характеристик цепи обратной связи RС-генератор будет генерировать разные по форме колебания. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики цепи обратной связи могут быть таковы, что условия баланса фаз и баланса амплитуд выполняются одновременно для целой полосы частот. При этом на выходе RС-генератора будут наблюдаться колебания, далекие по форме от гармонических (релаксационные колебания), так как одновременно генерируется большое число гармонических колебаний. Для получения на выходе генератора гармонических колебаний нужно создать преимущественные условия только для одной частоты. Для этого в качестве 4-х полюсника обратной связи можно использовать схему, имеющую для всех частот фазовые сдвиги, при которых в RС-генераторе не выполняются условия баланса фаз. Только при фазовый сдвиг в 4-х полюснике таков, что обратная связь становится положительной и в RС-генераторе возникают гармонические колебания с частотой .

Таким образом, для самовозбуждения усилителя (то есть, для превращения первоначально возникших случайных слабых колебаний в незатухающие) необходимо на вход усилителя подавать часть его выходного напряжения. Величина выходного напряжения должна превышать входное напряжение (или быть равной ему по величине) и совпадать с ним по фазе. Иными словами, усилитель необходимо охватить положительной обратной связью достаточной глубины. Для получения синусоидальных колебаний необходимо, чтобы условия самовозбуждения выполнялись только на одной определенной частоте и резко нарушались на всех других частотах. Эта задача решается с помощью фазовращающих цепей, которые служит для поворота фазы выходного напряжения усилителя.

Наиболее распространены в радиоэлектронике автогенераторы типа-RC c RC-цепями двух разновидностей: с фазосдвигающей RС-цепью и с последовательно-параллельной фазовращающей цепью.

1.4 Rc – генератор с фазосдвигающей rс-цепью

RС-автогенераторы с фазосдвигающей RС-цепью в качестве цепи положительной обратной связи строятся на основе однокаскадных и многокаскадных электронных усилителей. Такие автогенераторы иногда называют цепочечными генераторами типа RC . Выход усилителя, имеющего k-каскадов ( k=1,3,5,…), имеет фазовый сдвиг относительно равный180°. Для получения положительной обратной связи фазосдвигающие (или фазовращающие) цепи должны обеспечивать на рабочей частоте поворот фазы выходного напряжения усилителя относительно входного еще на . Эта задача решается с помощью фазовращающей цепи, состоящей из нескольких обратный Г-образных RC звеньев. Изменение фазы зависит от числа звеньев п и равно

В связи с тем, что одно RC звено изменяет фазу на угол , минимальное число звеньев фазовращающей цепип = 3. В практических схемах генераторов обычно используют трехзвенные фазовращающие цепи.

На рисунке 5 изображены два варианта таких цепочек, получивших название соответственно «R-параллель» и «С-параллель».

Рисунок 5 – Два варианта фазовращающих цепей: а) R-параллель; б) С-параллель

Из теории известно, что трехзвенная RС-цепь (R-параллель) имеет типовые частотную и фазовуюхарактеристики, показанные на рисунке 6.

Рисунок 6 – Частотная зависимость коэффициента передачи β и фазового сдвига φ_β трехзвенной RC- цепи.

Анализ графиков частотной и фазовой характеристик показывают, что на квазирезонансной (якобы резонансной) частоте генерации f₀ трехзвенная RС-цепь положительной обратной связи имеет вещественное значение коэффициента передачи и вносит фазовый сдвиг. Поэтому для обеспечения в автогенераторе баланса амплитуд необходимо выбирать коэффициент усиления усилителя. Можно показать, что квазирезонансная частота генерации определяется формулой:

.

Как следует из этой формулы, частота генерации зависит только от параметров цепи обратной связи R и С .

В трехзвенной цепи RС-цепь (R-параллель) квазирезонансная частота будет определяться другим соотношением:

.

На рисунке 7 приведена одна из возможных схем автогенератора типа RC с фазовращающей цепочкой на одном транзисторе.

Рисунок 7 – Схема транзисторного RС-генератора с фазовращающей цепью обратной связи из трех звеньев

На рисунке 7 изображена схема RС-генератора с цепью обратной связи в виде трехзвенной RС-цепи. Резисторы и включены как делители напряжения для создания необходимого режима работы транзистора по постоянному току. Резисторы R₁, R₂.,R₃ и конденсаторы С₁, С₂, С₃ образуют трехзвенную цепь положительной обратной связи. С_р1 – разделительный конденсатор. В этом генераторе, собранном на одном транзисторе c общим эмиттером, обеспечивается условие баланса фаз для одной частоты.

Однако данная схема имеет один большой недостаток: цепочка обратной связи шунтирует вход усилителя и снижает его усиление. А из-за малого входного сопротивления транзистора нельзя обеспечить условие самовозбуждения. Поэтому реальная схема автогенератора содержит два усилительных каскада (рисунок 8). Каскад, выполненный на первом транзисторе, включен по схеме с общим коллектором, т.е. работает как эмиттерный повторитель. Его назначение – согласовать сопротивление RC-цепи с входным сопротивлением усилителя. Работа автогенератора начинается в момент включения источника питания. Возникающий при этом импульс коллекторного тока содержит широкий и непрерывный спектр частот, обязательно включающий в себя и необходимую частоту генерации. Благодаря выполнению условий самовозбуждения колебания этой частоты становятся незатухающими, тогда как колебания всех других частот, для которых условие баланса фаз не выполняется, быстро затухают.

Рисунок 8 – Схема транзисторного RС-генератора с фазовращающей цепью обратной связи на двух транзисторах

Недостатком автогенераторов с фазовращающими цепями является то, что обычно они применяются для генерации синусоидальных колебаний фиксированной частоты. Это связано с трудностью перестройки частоты автогенератора в широком диапазоне частот.