Генераторы синусоидальных колебаний (гск).

ГСК- устройства, которые преобразуют энергию источника постоянного тока в переменное напряжение или ток заданной частоты без применения внешних воздействий.

- баланс фаз.

Нам необходимо создать условия для выведения усилителя из устойчивого положения для самовозбуждения и генерации сигналов на выходе. Для этого мы делаем знаменатель равным нулю.

При балансе фаз :

Из : - баланс амплитуд.

Если , то при нулевом входном сигнале мы будем получать генерацию. То есть мы получилиавтогенератор.

Баланс амплитуд очень шаткое условие. В реальности:

и рассматриваются три отдельных случая:

- затухающие колебания

- нарастающие колебания

- стабильные колебания

То есть, необходимо сначала «раскачать» генератор , а затем стабилизировать колебания:

Существуют автогенераторы с ицепями.

Автогенераторы с цепями.

Положительные свойства:

- высокая стабильность

- устойчивость (способность сохранять амплитуду и частоту колебаний в процессе генерации)

- простота

Автогенератор типа с трансформаторной связью.

Назначение элементов:

обеспечивает ПОС на базу транзистора.

и задают рабочую точкупереводят транзистор в активный режим.

запасает энергию (два такта, две полуволны).

Рассмотрим режим входа в генерацию.

Эквивалентная схема в параметрах:

Если , то

, .

Проведем анализ для выяснения выполнения условий баланса амплитуд и фаз.

, где .

Из условия баланса фаз следует: .

При :

Подставим полученную частоту в выражениеи определим условие при котором это выражение(то есть выполняется баланс амплитуд).

Данная формула позволяет выбрать и определить коэффициент трансформации.

До этого мы рассматривали режим малых токов и напряжений. Теперь предположим, что генератор возбудился.

Грубая схема замещения:

На выходе получаем колебания на резонансной частоте этого контура

Безтрансформаторная схема автогенератора с индуктивной трехточкой.

Емкостная трехточка.

где полное сопротивление потерь.

Нестабильность частоты генератора: .

Чем выше добротность, тем стабильнее частота (тем ниже нестабильность).

Туннельный диод:

С помощью него можно скомпенсировать потери, которые выделяются в колебательном контуре.

Для (арсенид галлия):

Схема замещения диода на участке, соответствующему отрицательному сопротивлению:

(емкость перехода).

Условие, необходимое для того, чтобы передвинуть рабочую точку системы в область, отмеченную на ВАХ туннельного диода серым цветом:

Автогенераторы с контуром. Простейшая схема генератора на основе моста Вина.

Следует отметить, что автогенераторы с контуром проще, чем автогенераторы сконтуром, но у первых больше нелинейных искажений.

.

.

Баланс фаз

Баланс амплитуд

Находим параметры. Пусть .

выбираем и

Для того, чтобы генератор нормально работал, надо четко соблюсти соотношения . Но, на практике, это сложно и поэтому наш генератор будет входить в ограничение:

В самом критическом случае картина будет такой:

При колебаниях температуры должно поддерживаться отношение . Для того, чтобы добиться динамической подстройкив режиме работы генератора, применяют различные схемы:

Схема на полевом транзисторе.

При увеличении будет увеличиваться сопротивление полевого транзистора и, следовательно, уменьшаться коэффициент передачи усилителя. То есть, производится автоматическая балансировка коэффициента усиления:

Если амплитуда сигнала увеличивается, то коэффициент усиления уменьшается, сигнал на диоде выпрямляется и принимает первоначальную форму. Таким образом, происходит плавное «качание» вокруг заданного значения:

где – сопротивление канала полевого транзистора:

где – сопротивление канала полевого транзистора при нулевом смещении на затворе.

Недостаток схемы: сильная зависимость параметров полевого транзистора от температуры.

Схема с термозависимым элементом.

Л – лампа накаливания, термозависимый элемент (так как сопротивление спирали накаливания зависит от температуры).

где – сопротивление холодной лампочки

–коэффициент зависимости, определяемый типом лампы

С ростом (следует из ВАХ).

Рассмотрим несколько задач.

Задача 1.

На какой частоте будет происходить генерация?

Фазы ,,сдвинуты надруг относительно друга.

Решение:

–коэффициент передачи

, где

, так как 100% обратная связь

Условие баланса фаз (УБФ):

(из условия баланса амплитуд (УБА))

.

Задача 2.

Элемент с надписью – инвертирующий усилитель с коэффициентом передачи.

При каких условиях система превратится в автогенератор? ? Частота квазирезонанса?

Решение:

(по инверсному каналу)

(по прямому входу)

(постоянная времени)

УБФ:

Задача 3.

Найти соотношение , чтобы система могла стать автогенератором.

Решение:

, где