Приложение 2
1. Электронные генераторы
1.1. Общие сведения о генераторах. Возбуждение колебаний в них
Электронными генераторами называются устройства для создания электрических колебаний определенной амплитуды, частоты и формы. Энергия генерируемых колебаний появляется в результате преобразования энергии подключаемых к генератору источников постоянного или переменного тока.
Генераторы с питанием от источников постоянного тока подразделяются на генераторы с внешним возбуждением, являющиеся по существу работающими в нелинейном режиме резонансными усилителями мощности, и генераторы с самовозбуждением, называемые автогенераторами. Частота и форма колебаний определяются свойствами и параметрами цепей генераторов.
Автогенераторы появились в конце XIX в. Они были искровыми, генерировали прерывистые колебания. В 1902 г. В. Паульсен создал дуговой генератор. Первые ламповые генераторы построили А. Мейснер в Германии в 1913 г. и Н. Д. Папалекси в России в 1914 г. В нашей стране в 20-е гг. В. П. Вологдин применил для получения колебаний высокой частоты машинные генераторы.
Автогенераторы являются источниками высокочастотных колебаний в радиопередатчиках, входят в состав различной измерительной аппаратуры и устройств автоматики, используются как источники вспомогательных колебаний в радиоприемниках, для высокочастотного нагрева металлов и других материалов, в бытовой технике и т. д.
Автогенератор можно образовать путем подключения к усилителю цепи положительной обратной связи (рис. 1).
Рисунок 1 - Структурная схема автогенератора
Соотношение
определяет
условие существования в усилителе с
обратной связью этого стационарного
процесса.
В стационарном режиме потери энергии в элементах автогенератора и нагрузке равны поступающей от источника питания энергии.
Условию Kufi = 1 соответствует Ки-*~оо. Этот результат следует рассматривать как отражение возможности появления на выходе усилителя с положительной обратной связью переменного напряжения определенной амплитуды при сколь угодно малой амплитуде напряжения на его входе. Амплитуда выходного напряжения всегда ограничена.
Очевидно, при выполнении условия /(«Р > 1 амплитуда поступающего по цепи обратной связи напряжения окажется больше амплитуды первоначальных колебаний на входе усилителя. В результате поступления энергии от источника питания амплитуда выходного напряжения генератора будет возрастать, но только до некоторого значения. Ограничение амплитуды колебаний произойдет вследствие увеличения отдаваемой автогенератором энергии в нагрузку и уменьшения величины /Си, обусловленного наличием нелинейных элементов в цепи автогенератора (транзисторов, диодов, терморезисторов, нелинейных резисторов и др.). Устанавливается стационарный режим с некоторой амплитудой выходного напряжения, при которой Kufi = 1 и имеет место баланс между энергией колебаний, расходуемой в элементах автогенератора и его нагрузке, и энергией, поступающей от источника питания. Соотношение f(u$ > 1 является условием возникновения колебаний в автогенераторе (условие его самовозбуждения).
Для возбуждения колебаний в усилителе с положительной и сильной обратной связью достаточно появления на его входе первоначального толчка в виде незначительного изменения напряжения. Этот первоначальный толчок всегда возможен и возникает при включении источника питания, в результате флюктуационных явлений, переходных процессов, изменений напряжения питания и т. д.
Различают «мягкий» и «жесткий» режимы самовозбуждения. Первый реализуется при появлении на входе усилителя сколь угодно малых изменений напряжения, второй — при достаточно больших.