Лекция 13. Генераторы синусоидальных колебаний.

Рассматриваемые вопросы:

Назначе­ние и виды генераторов. Принципы построения генераторов. RC- и LC-генераторы синусоидальных колебаний. Генераторы релаксационных колеба­ний.

Основная литература:

1. Ф.И.Вайсбурд, Г.А.Панаев, Б.Н.Савельев. Электроные приборы и усилители. Изд.3-е, стереотипное. – М.: КомКнига, 2005. – 472 с.

2. Гусев В. Г., Гусев Ю. М. Электроника и МПТ: Учебник для вузов - М.: Высш. шк., 2005. - 799 с.

Генератором гармонических колебаний называют уст­ройство, создающее переменное синусоидальное напря­жение при отсутствии входных сигналов. Генератор пре­образует энергию источника постоянного напряжения в энергию переменного выходного сигнала.

Различают два режима возбуждения генератора. При так называемом мягком режиме колебания (сигнал на выходе) возникают после подключения генератора к ис­точнику питания самопроизвольно. Мягкий режим назы­вают также режимом самовозбуждения. При жестком ре­жиме для возникновения колебаний требуется внешний начальный сигнал.

Обратимся к структурной схеме генератора с последо­вательной положительной обратной связью по напряже­нию (рис. 3.13.1). Эта схема аналогична ранее изученной соответствующей структурной схеме усилителя с отрица­тельной обратной связью. Аналогичны и обозначения ве­личин.

Рисунок 3.13.1.

При построении любых генераторов сигналов необходима ПОС, т. к. коэффициент передачи усиления с ОС:

К = К₀/(1  К₀) – ПОС

Если К₀ = 1 – условие генерации

’()K’() = 1

1. ||*|K| = 1

2. () = 0 или к2; к = 1, 2 …

Условие 1) – баланс амплитуд: на частоте генерации должны выполняться условия, что потери в цепи ОС должны восполняться усилителем.

Условие 2) – баланс фаз: на частоте генерации сдвиг фаз по цепи усилитель-цепь ОС должен быть нулевым или сигнал ОС должен приходить в фазе, а это и есть условие ПОС.

Из рассматриваемых соотношений следует, что для того, чтобы генерация происходила на одной частоте, т. е. либо цепь ПОС, либо сам усилитель, либо совместно должны обладать частотно-избирательными свойствами. Чаще всего используется пассивная частотно- избирательная цепь, а усилитель обычный или частотно-независимый. В качестве частотно-избирательных цепей используются либо RC – цепи, либо LCR – цепи.

Частотно-избирательные цепи, используемые в генераторах. Lc – контур

f₀ = 1/(2)

LC контур обладает ярко выраженными частотно избирательными свойствами.

Полоса пропускания - f = f₀/Q, Q – добротность колебаний контура,

Q = R/, R – сопротивление потерь в контуре,  - волновое сопротивление контура.

 =

Высокочастотный контур имеет узкую полосу пропускания и используется в фильтрах, а также для организации частотно избирательной ОС в генераторе.

Для обеспечения сигнала ОС используются:

- полное включение контура

- трансформаторное включение контура с помощью катушки связи.

- автотрансформаторное включение с помощью отвода от основной катушки

индуктивная трех точка

- емкостная трех точка

Полное включение контура обычно используется в генераторах, имеющих высокое входное сопротивление усилителя, т. е. когда (входное/выходное) цепь генератора не сильно шунтирует сам контур, т. е. вносит слабые потери.

Остальные варианты включения позволяют снизить нагрузку на контур и оптимизировать цепь ОС, но требует дополнительных выводов.

Генераторы с LC контуром, как правило, используются на ВЧ f > 0,11 МГц.

В таких генераторах, особенно ВЧ, может быть учтено и использовано влияние монтажной емкости схемы. LC генераторы обладают более высокой стабильностью частоты, чем RC.

RC частотно-избирательные цепи. Для обеспечения сдвига фаз  = 2 на частоте генерации используют либо совокупность дифференциальных цепей, либо интегрирующие цепи.

Либо фазосдвигающие цепи на ОУ (см. раньше). Это наиболее простые генераторы, используемые для построения генераторов на одну фиксированную частоту.