1ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ

Вданном разделе рассматриваются вопросы, связанные с построением генераторов

свнешним возбуждением. Рассматриваются типовые элементы схем, их свойства, параметры, характеристики. В конце раздела приводятся примеры принципиальных схем и их описания.

1.1Структурные, функциональные схемы генераторов, классификация ГВВ.

Классические структурные схемы ГВВ представлена на рис. 1.1, 1.2. Усилитель мощности, рис. 1.1 содержит активный элемент (или блок АЭ) АЭ,

колебательную цепь КЦ, источник питания ИП и возбудитель В – маломощный автогенератор или ГВВ.

Умножитель частоты, рис. 1.2 ,кроме названных элементов, на входе содержит колебательную цепь, настроенную на частоту первой гармоники, а выходная колебательная цепь настроена на n-гармонику.

В зависимости от функции, которую выполняет активный элемент, и типа возбудителя можно различить следующие типы генераторов с внешним возбуждением и их функциональные схемы.

1)ГВВ на основе гармоник тока, рис. 1.3

6

Рис.1.3

Активный элемент здесь выполняет функцию генератора гармоник тока. Гармоники образуются за счёт отсечки синусоиды тока АЭ, рис. 1.3. Гармонический состав тока определяется углом отсечки . Возбудителем является автогенератор АГ или маломощный ГВВ, формирующий колебание близкое к гармоническому. Колебательная цепь КЦ формирует заданное колебание, например, выделяет первую гармонику и подавляет высшие.

Это основной тип генераторов, используемых в настоящее время при построении радиосистем. На основе гармоник тока работают также умножители частоты, автогенераторы и синтезаторы частот.

Достоинством этого типа генераторов являются:

-широкий диапазон частот, от единицы кГц до 30 ГГц, причём снизу он ограничен габаритами КЦ, а сверху инерционностью АЭ;

-использование любого вида модуляции;

-возможность построения в виде однотактной и двухтактной схем;

-разнообразие режимов работы.

Недостатки:

- малый КПД, порядка 60-80%; -принципиальная зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки,

такой генератор рассчитывается на задание сопротивление нагрузки; -расход мощности на создание высших гармоник, которая за тем рассеивается на АЭ и внутренним сопротивлением источника питания;

-Зависимость режима от многих факторов, что затрудняет стабилизацию.

2)ГВВ на основе гармоник напряжения, рис. 1.4. Это один из видов импульсных генераторов гармонических колебаний.

7

Рис.1.4

Блок активных элементов здесь выполняет функцию генератора гармоник напряжения и представлен в виде мостовой или полумостовой двухтактной схемы, называемой инвертором. Вентили инвертора (транзисторы или радиолампы) работают в ключевом режиме (заперт – открыт). Возбудителем служит генератор импульсов – это либо генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор), либо генератор пилообразного напряжения.

Колебательная цепь КЦ выделяет первую гармонику напряжения и не пропускает внешние гармоники.

Диапазон частот этого генератора составляет (1кГц – 2МГц), снизу ограничен габаритами колебательной цепи, как и у генератора на основе гармоник тока, а сверху возможностями ключевого режима.

Достоинства ГВВ на основе гармоник напряжения:

-высокий КПД , более 90%;

-независимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки (вплоть до холостого хода) при работе на резонансной частоте колебательной цепи;

-на создание внешних гармоник практически не затрачивается мощность;

-легко осуществляется регулировка и стабилизация выходного напряжения. Недостатки:

-ограниченность диапазона частот;

-ограниченность возможностей модуляции.

3)ГВВ с синтезированием гармонического колебания методом широтно-

импульсной модуляции (ШИМ), рис. 1.5.

Это также импульсный генератор гармонических колебаний.

8

Рис. 1.5

Блок активных элементов здесь выполняет функцию формирования ШИМ – синусоиды и строится в виде мостового или полумостового инвертора, как и в ГВВ на основе гармоник напряжения. Режим работы вентиля инвертора ключевой (закрыт - открыт).

Возбудителем является ШИМ - модулятор. Это обычно специализированный ШИМ – контроллер, например серии TL или UC, работающий на тактовой ( на1-2 порядка выше частоты генератора) частоте. Функция колебательной цепи - фильтрация этой частоты и обеспечивается она малогабаритным фильтром низкой частоты (ФНЧ).

Достоинства ГВВ с синтезированием гармонических колебаний:

-отсутствие ограничения в сторону нижних частот;

-высокий КПД, более 90%;

-малые габариты колебательной цепи;

-лёгкость регулировки по амплитуде и частоте и стабилизации входного напряжения;

-слабая зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки, определяемая возможностями ФНЧ;

-возможности получения амплитудной и частотной модуляции.

Недостатки:

- ограниченность частотного диапазона сверху (порядка 100 кГц), определяемая возможностями ключевого режима и получения необходимого количества импульсов в ШИМ - импульсе.

4)ГВВ с синтезированием гармонического колебания методом амплитудноимпульсной модуляции АИМ, рис. 1.6.

9

Рис. 1.6

Построение этого импульсного генератора с хорошими свойствами связанно с необходимостью иметь много ключей и источников питания (равная числу импульсов на период), поэтому оно не реализуемо. Этот метод, как известно, применяется в цифроаналоговых преобразователях (ЦАП).

10