МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)» (СГАУ)

Устройства генерирования и формирования сигналов

Научно-образовательный модуль

в системе дистанционного обучения LMS Moodle

Работа выполнена по мероприятию блока 1 «Совершенствование образовательной деятельности» Программы развития СГАУ

на 2009 – 2018 годы по проекту «Разработка интерактивных дистанционных курсов по дисциплинам «Лазерные информационные системы», «Устройства генерирования и формирования сигналов», «Биологические системы и технологии»».

Соглашение № 1/29 от 03.06.2013 г.

САМАРА

2013

ПРЕДИСЛОВИЕ

В основу настоящего пособия положены учебники [1,2,3] материал которых переработан и дополнен с учетом требований учебного плана.

Большое внимание уделено краткости и четкости изложения. Особенно это касается определений, формулировок. Представлена инженерная теория автогенераторов, даны примеры построения принципиальных схем, а также практические расчетные соотношения. Рассмотрена тема стабильности частоты автогенераторов и меры для ее повышения. Для RС-генераторов получены на наш взгляд более наглядные соотношения, в теорию диодных генераторов внесены уточнения.

3

ВВЕДЕНИЕ

Автогенераторы являются источниками первичных колебаний. Они применяются во всех радиотехнических системах в качестве возбудителей передатчиков, источников опорных, эталонных сигналов и являются наиболее ответственными элементами.

Поэтому знания этих устройств необходимы радиоинженеру при разработке, наладке и обслуживанию радиосистем.

Вэтом учебном пособии рассматриваются автогенераторы до СВЧдиапазоне, выполняемые по однотактным схемам на трех- и двухэлектродных элементах: радиолампах, транзисторах, диодах.

Данное учебное пособие содержит 5 разделов.

В1 разделе изложена теория автогенераторов, принцип действия, режимы, особенности, свойства.

Раздел 2 посвящен построению схем автогенераторов на реактивных LC-элементах, даются принципиальные схемы, методики их расчета.

Вразделе 3 рассмотрены автогенераторы низкочастотного диапазона, выполненные на RC-элементах и операционных усилителях.

Вразделе 4 рассмотрены диодные автогенераторы, использующие способ отрицательного сопротивления.

Раздел 5 посвящен способам повышения стабильности автогенераторов. Рассмотрены кварцевые автогенераторы и на резонаторах ПАВ, синтезаторы частот.

4

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Электрическое колебание – электрическая величина, периодически изменяющаяся во времени (ток, напряжение, напряжённости электромагнитного поля).

Электромагнитное колебание – периодически изменяющееся во времени электромагнитное поле – частный случай электрического колебания. Далее в тексте будет использоваться термин колебание.

Радиоволна – электромагнитное колебание, распространяющееся по радиоканалу.

Радиоканал – среда распространения радиоволны (свободное пространство, волновод, кабель, провод и т.п.)

Радиосигнал – электрическое колебание, параметры которого изменяются в соответствии с передаваемым сообщением, предназначенное для передачи по радиоканалу.

Генератор – устройство, вырабатывающее (генерирующее) электрические колебания с заданными параметрами, путем преобразования энергии постоянного поля или электрического колебания в электрическое колебание.

Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) – генератор, вырабатывающий колебания с заданными параметрами, при воздействии возбуждающего колебания.

Усилитель мощности – ГВВ, частота выходного колебания которого равна частоте входного колебания.

Умножитель частоты – ГВВ, частота выходного колебания которого в целое число раз (n) больше частоты входного колебания.

Автогенератор (АГ) – генератор, вырабатывающий колебания с заданными параметрами без воздействия возбуждающего колебания, т.е. самостоятельно, автономно.

Модулятор (М) – устройство, управляющее колебаниями ГВВ или АГ в соответствии с передаваемым сообщением, путем воздействия на параметры колебаний.

Радиопередатчик (радиопередающее устройство) – устройство, формирующее радиосигнал с заданными параметрами.

Активный элемент (АЭ) – элемент генератора, преобразующий энергию постоянного поля или электрического колебания в электрическое колебание. Колебательная цепь (КЦ) – элемент генератора, формирующий выходное колебание с заданными параметрами, характеристиками и формой.

5

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ

Автогенератор АГ (автономный генератор) – устройство, вырабатывающие электрические колебания с заданными параметрами без воздействия возбуждающего колебания, то есть самостоятельно, автономно. Автогенераторы в радиосистеме являются первичными источниками электрических колебаний и часто очень сильно влияют на ее свойства.

Как известно, колебания возникают в колебательной цепи, если ее

подключить к источнику постоянного напряжения. Чтобы колебания не затухали их надо усилить, а для этого необходим активный элемент и цепь обратной связи. Независимо от способа генерации в автогенераторе должны быть источник питания, активный элемент, колебательная цепь и положительная обратная связь.

1.1 Способы автогенерации, структурные схемы АГ

Принцип действия электронных автогенераторов, как и других автоколебательных систем – это внесение в автоколебательную систему энергии, в точности компенсирующую рассеяние энергии в нагрузке и в самой колебательной системе. Если это не выполняется, то колебания либо нарастают, либо затухают.

Различают несколько способов автогенерации:

1)Способ внешней обратной связи по отношению к активному элементу, работающему усилителем. Внесение энергии в колебательную систему происходит за счет усиления колебаний и обратной связи. Это основной способ автогенерации при использовании трехэлектродных активных элементов (радиолампы, транзисторы).

2)Способ внутренней обратной связи внутри активных элементов – способ отрицательного сопротивления. Активный элемент имеет в

6