
- •38 Генераторы с внешним возбуждением
- •7.1 Классификация генераторов
- •7.4 Импульсный метод
- •7.5 Радиоимпульсный метод
- •8.3 Энергетическое равновесие в аг
- •9 Режимы работы и возбуждения аг
- •9.1 Комплексное уравнение аг
- •9.2 Условие баланса амплитуд
- •9.3 Условие баланса фаз
- •9.4 Режим мягкого самовозбуждения аг
- •9.5 Режим жесткого самовозбуждения
- •10 Устойчивость работы аг
- •10.1 Колебательные характеристики
- •10.2 Линии обратной связи
- •10.3 Определение стационарной амплитуды колебаний
- •10.4 Lc автогенератор с автоматическим смещением
- •11 Трехточечные lc-автогенераторы
- •11.1 Обобщенная трехточечная схема
- •11.2 Генератор с автотрансформаторной обратной связью
- •11.3 Автогенератор с емкостной обратной связью
- •12 Стабилизация частоты lc-генераторов
- •12.1 Общие сведения
- •12.2 Причины нестабильности частоты
- •12.3 Методы стабилизации частоты:
- •12.4 Кварцевая стабилизация частоты
- •13.1 Цепочный rc-автогенератор
- •14 Формирование двухполосных ам сигналов
- •14.1 Общие сведения
- •14.2 Однотактные модуляторы
- •14.2 Балансный (двухтактный) модулятор
- •15 Формирование однополосных ам сигналов
- •15.1 Методы формирования ом сигнала
- •16 Формирование чм и фм сигналов
- •16.1 Прямой метод чм
- •16.2 Прямой метод фм
- •16.3 Косвенный метод чм
- •16.4 Косвенный метод фм
- •17 Преобразование частоты
- •17.1 Применение преобразования частоты
- •17.2 Принцип преобразования частоты
- •17.3 Схемное построение преобразователей частоты и их виды
- •17.4 Транзисторный преобразователь частоты
- •18 Формирование импульсно-модулированных сигналов
- •18.1 Амплитудно-импульсная модуляция
- •18.2 Частотно-импульсная модуляция
- •18.3 Широтно-импульсная и фазо-импульсная модуляция
- •19 Формирование манипулированных сигналов
- •19.1 Общие сведения
- •19.2 Формирование офм
- •20 Некогерентное детектирование ам сигналов
- •20.1 Общие сведения
- •20.2 Квадратичный диодный ад
- •21 Синхронное (когерентное) детектирование ам сигналов
- •22 Детектирование чм сигналов
- •22.1 Принцип работы частотных детекторов
- •22.2 Частотно-амплитудные детекторы
- •23 Детектирование фм сигналов
- •23.1 Однотактный диодный фд
- •23.2 Балансный диодный фд
- •24 Детектирование манипулированных сигналов
- •25 Детектирование импульсно-модулированных (им) и декодирование цифровых сигналов
- •25.1 Детектирование им сигналов
- •25.2 Декодирование цифровых сигналов
- •26 Помехоустойчивость приема сигналов
- •26.1 Основные понятия
- •26.2 Количественная мера пу
- •26.3 Группы методов повышения пу систем связи
- •27 Оптимальный прием сигналов
- •27.1 Ощие сведения
- •27.2 Некогерентный прием
- •27.3 Неоптимальный прием
13.1 Цепочный rc-автогенератор
Рисунок 13.1 – Структурная схема цепочного RC-автогенератора.
Низкочастотный
усилитель в пределах полосы пропускания
имеет постоянный коэффициент усиления
и постоянный фазовый сдвиг 180° между
входным и выходным напряжениями. Форма
генерируемых колебаний в таком генераторе
оказывается зависящей от частотных
характеристик цепи обратной связи. Если
АЧХ и ФЧХ цепи обратной связи равномерны
в полосе частот, равной или превышающей
полосу пропускания усилителя, то при
выполнении условий БА и БФ в полосе
пропускания усилителя, на выходе
генератора будут наблюдаться колебания,
отличающиеся по форме от гармонических.
Если ФЧХ цепи обратной связи такова,
что для одной частоты
создаются преимущественные условия
(фазовый сдвиг 180° между входным и
выходным напряжениями), тогда условие
БФ будет соблюдаться только для этой
частоты, и в такомRC-генераторе
возникнут гармонические колебания с
частотой
.
Для развития
процесса самовозбуждения генератора
необходимо выбрать коэффициент
чуть-чуть больше
.
Тогда при подключении генератора к
источнику питания малейшие колебания
на частоте
через цепь ПОС будут поступать на вход
усилителя, а т.к.
,
то эти колебания будут усиливаться
усилителем чуть больше, чем ослабляться
цепью ПОС. Поэтому с каждым циклом
амплитуда колебаний на частоте
будет возрастать. При достижении
амплитудой величины напряжения насыщения
за счет нелинейности амплитудной
характеристики коэффициент усиления
становится
,
и на выходе генератора будут установившиеся
колебания частотой
и постоянной амплитуды
.
При этом искажения формы гармонического
колебания (срез амплитуды) будет
минимальным.
Рисунок 13.2 – Временная диаграмма возбуждения генератора.
Для поворота фазы выходного напряжения усилителя на 180° в цепь ПОС включается фазосдвигающая цепь (ФСЦ), состоящая из нескольких (обычно трех или четырех) фазосдвигающих RC-звеньев.
Рисунок 13.3 – Принципиальная схема (а) и векторная диаграмма (б)
фазосдвигающего звена.
Практически
элементы RC-звена
подбираются так, чтобы
.
В зависимости от включения схемы ФСЦ
называют
R-параллель
или С-параллель.
Рисунок 13.4 – Трехзвенная ФСЦ: R-параллель и С-параллель.
Частота генерируемых
колебаний автогенератора соответствует
частоте, при которой сдвиг фаз между
напряжениями
и
достигает 180°:
- R-параллель;
- С-параллель.
Требуемый для
обеспечения самовозбуждения коэффициент
усиления усилителя
,
где
- коэффициент передачи цепи ПОС на
частоте генерации.
Рисунок 13.5 – Принципиальная схема RC-автогенератора с трехзвенной ФСЦ:
R1R2 – делитель напряжения. Обеспечивает режим по постоянному току;
R4C1 – элементы температурной эмиттерной стабилизации рабочей точки;
R3 – нагрузка однокаскадного усилителя на транзисторе VT, включенном по схеме с общим эмиттером (ОЭ);
С2 – С4, R5 – R7 – элементы ФСЦ. R5 – R7 должны быть много больше, чем R3, чтобы не уменьшать коэффициент усиления усилителя.
БФ выполняется автоматически, т.к. трехзвенная RC-цепь имеет фазовый сдвиг 1800 и каскад с ОЭ сдвигает фазу на 1800, поэтому суммарный фазовый сдвиг по цепям усиления и цепям обратной связи составляет 3600.
БА выполняется за
счет применения каскада с коэффициентомусиления
больше 29, т.к. коэффициент передачи
трехзвенной RC-цепи
1/29. Это необходимо для выполнения условия
самовозбуждения:
.
При подключении
к источнику питания уменьшается потенциал
коллектора (ток коллектора
возрастает), и это уменьшение через
RC-цепь
поступает на вход усилителя и приводит
к уменьшению
,
т.е. к росту потенциала коллектора.
Теперь рост потенциала поступает черезRC-цепь
на базу транзистора, увеличивая потенциал
базы и уменьшая потенциал коллектора.
Таким образом, на выходе устройства
наблюдаются колебания электрической
энергии.
АГ с ФСЦ обычно применяют для генерирования гармонических колебаний фиксированной частоты, что связано с трудностью перестройки частоты в широком диапазоне.
13.2 RC-автогенератор с мостом Вина
Рисунок 13.6 – Структурная схема RC-автогенератора с мостом Вина.
Низкочастотный
усилитель имеет постоянный коэффициент
усиления и постоянный фазовый сдвиг
3600
между входным и выходным напряжениями
в пределах полосы пропускания. ФЧХ цепи
ПОС такова, что для одной частоты
создаются
преимущественные условия (нулевой
фазовый сдвиг между входным и выходным
напряжениями). Т.к. коэффициент передачи
двухкаскадного усилителя существенно
больше отношения
,
то выходное напряжение достигнет
значения
раньше амплитудного значения, что
приведет к значительным искажениям
формы колебаний.
Рисунок 13.7 – Искажения формы колебаний.
Линейная отрицательная
обратная связь (ООС) приводит к уменьшению
коэффициента усиления, а следовательно
к уменьшению искажений формы колебаний.
Для поддержания
и минимальных искажений формы используют
автоматическое регулирование коэффициента
усиления в зависимости от амплитуды
генерируемых колебаний. Для этого
используется цепь нелинейной ООС, когда
одним из ее элементов является нелинейное
сопротивление. Изменение его сопротивления
приводит к изменению глубины ООС, а
следовательно коэффициента усиления
усилителя.
Мост Вина представляет собой четырехплечный мост переменного тока, два плеча которого состоят из частотно зависимых элементов, а два других – чисто активные.
Рисунок 13.8 – Мост Вина:
R1,R2,C1,C2 – частотозависимая ветвь моста (ветвь ПОС);
R3,R4 – активная ветвь моста (ветвь ООС).
Существует единственная частота
,
на которой фазовый
сдвиг между подводимым напряжением
и напряжением на выходе
равен нулю.
Коэффициенты
передачи ветви ПОС моста Вина на этой
частоте равен
.
Следовательно, минимальный коэффициент
усиления для обеспечения выполнения
БА
.
Реальный двухкаскадный усилитель
позволяет получить усиление по напряжению
намного превышающий
,
поэтому такой усилитель охватывается
глубокой ООС.
Рисунок 13.9 – RC-генератор с мостом Вина:
VT1, VT2 – усилительные элементы двухкаскадного усилителя;
R1, R2, R3, R4, C2, C2 – частотнозависимая ветвь моста (ветвь ПОС);
R3, R4, R5 – элементы, обеспечивающие режим по постоянному току каскада на VT1;
R6 – нагрузка коллекторной цепи VT1;
R7, R8 – активная ветвь моста (ветвь ООС);
C3, C4 – разделительные конденсаторы, т.е. не пропускают постоянный ток на вход второго каскада и в нагрузку соответственно;
R9,R10 – элементы, обеспечивающие режим по постоянному току каскада на VT2;
R11 – нагрузка коллекторной цепи VT2;
R12 – температурная стабилизация рабочей точки. На R12 образуется сигнал ООС, которым дополнительно охватывается каскад на VT2;
R13 – нагрузка генератора.
БФ выполняется за
счет того, что двухкаскадный усилитель
на транзисторах, включенных по схеме с
ОЭ, имеет полный фазовый сдвиг между
сигналами
и
3600.
Мост Вина по частоте генерации не вносит
фазового сдвига.
БА выполняется
следующим образом. Двухкаскадный
усилитель, имеющий коэффициент усиления
,
охватывают обратной отрицательной
связью (в цепях эмиттеров транзисторов
отсутствуют конденсаторы и введена
активная ветвь моста Вина), которая
снижает коэффициент усиления.
При подключении к источнику питания уменьшается потенциал коллектора транзисторов. По частотозависимой ветви моста на вход усилителя (базу VT1) поступает это уменьшение (сигнал ПОС), уменьшая потенциал базы и увеличивая потенциал коллектора. Теперь рост потенциала коллектора поступает по цепи ПОС на вход усилителя и приводит к уменьшению потенциала коллектора и т.д. Таким образом, на выходе будут наблюдаться колебания электрической энергии.
RC-генераторы применяют при радиотехнических измерениях в диапазоне звуковых, низких и очень низких частот.