- •Методическое пособие по изучению курса «Радиотехника»
- •Введение
- •Глава 1. Основная элементная база радиотехнических устройств.
- •§1.1. Резисторы
- •§1.2. Конденсаторы.
- •§1.3. Индуктивные элементы и устройства.
- •§1.4. Диоды.
- •§1.5 Транзисторы
- •§1.6. Интегральные микросхемы
- •Глава 2. Цепи с сосредоточенными параметрами
- •§2.1. Источники эдс и тока
- •§2.2. Согласование источника с нагрузкой.
- •§2.3. Частотные характеристики
- •§2.4. Дифференцирующие и интегрирующие цепи
- •§2.5. Колебательный контур
- •§2.6. Преобразование лапласа
- •§2.7. Логарифмические характеристики
- •Глава 3. Электронные усилители
- •§3.1. Основные типы усилителей и их характеристики.
- •§3.2 Апериодический (резисторный) усилитель напряжения
- •§ 3.3. Усилитель радиочастоты. Усилитель промежуточной частоты
- •§ 3.4. Усилители мощности
- •§ 3.5 Обратная связь в усилителях
- •§ 3.6. Операционный усилитель
- •Глава 4.Электронные генераторы
- •§ 4.1. Введение. Обобщенная схема автоколебательной системы
- •§ 4.2. Генераторы негармонических колебаний.
- •§4.4. Аналого-цифровые преобразователи. Принцип аналого-цифрового преобразования.
- •§4.5. Цифро-аналоговые преобразователи.
- •Глава 5.Сигналы сообщения и радиосигналы. Распространение радиоволн.
- •§5.1. Сообщения и сигналы сообщения.
- •§ 5.2. Амплитудно-модулированный сигнал.
- •§ 5.3. Частотно-модулированный сигнал.
- •§ 5.4. Спектр несущих частот. Особенности распространения радиоволн разных диапазонов.
- •Глава 6. Основы телевидения.
- •§ 6.1. Основные принципы передчи и приема оптического изображения.
- •§ 6.2. Развертка изображения.
- •§ 6.3. Основные параметры телевизионного изображения.
- •§ 6.4. Основные структурная схема телевизионной системы связи.
- •Литература:
Глава 4.Электронные генераторы
§ 4.1. Введение. Обобщенная схема автоколебательной системы
До сих пор изучались различные процессы в линейных и нелинейных электрических системах, на которые воздействовали периодические сигналы, созданные внешними источниками колебаний. Рассмотрим теперь методы генерирования электрических колебаний, т. е. получения колебаний в системах, работающих в режиме самовозбуждения, когда внешний источник колебаний отсутствует. Такие системы называются автоколебательными системами или генераторами, а возникшие в них колебания — автоколебаниями. Автоколебательная система представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию источника постоянной ЭДС в энергию колебаний.
Как в электронном усилителе, так и в генераторе указанное преобразование энергии возможно благодаря использованию электронных приборов в качестве управляемых элементов. Однако имеется принципиальное различие между обоими устройствами. В усилителе процесс управления электронным прибором осуществляет внешний входной сигнал. В генераторе этот процесс обеспечивает сама система с помощью цепи обратной связи — линейного четырехполюсника, соединяющего выход системы с ее входом. Схему, изображенную на рисунке 4.1.1, можно рассматривать как два последовательно соединенных четырехполюсника. В первом четырехполюснике происходит усиление колебаний в К раз, во втором — ослабление в — раз. Чтобы случайно возникшие колебания возрастали по амплитуде, т. е. чтобы усилитель самовозбудился, необходимо выполнение условия:
Ко > 1/β, (4.1.1)
где Ко — коэффициент усиления усилителя при малой амплитуде колебаний. Условие (4.1.1) называется амплитудным условием самовозбуждения. Для возникновения колебаний, кроме (4.1.1), необходимо еще выполнение фазового условия самовозбуждения:
φк + φβ = 2πn, (4.1.2)
где φк , φβ — соответственно изменение фазы колебаний при прохождении через усилитель и цепь обратной связи. Выполнение условия (6.2) означает, что колебания напряжения на выходе цепи обратной связи и на входе усилителя совпадают по фазе. Такая обратная связь, как известно, называется положительной. Условия самовозбуждения (4.1.1) и (4.1.2) могут быть объединены, если воспользоваться комплексной формой записи:
Ко β >1. (4.1.3)
Таким образом, условие самовозбуждения означает, что модуль коэффициента передачи по кольцу, образованному четырехполюсниками усилителя и цепи обратной связи должен быть больше единицы.
Коэффициент усиления Ко и коэффициент обратной связи β в общем случае зависят от частоты w. Поэтому, если условие (4.1.З) выполняется для ряда частот, то все они будут генерироваться — получится генератор колебаний сложной формы. Если условие (4.1.3) выполняется для одной частоты (или узкого интервала частот), то получается генератор гармонических колебаний частоты (или генератор квазигармонических колебаний).
Для генераторов различают "мягкий" и "жесткий" режимы возбуждения. При "мягком" режиме петлевое усиление больше единицы. В этом случае любые возмущения (например, на входе усилителя при включении источника питания) усиливаются и по цепи ОС подаются на вход в фазе совпадающей с фазой входного (возмущающего) сигнала. Причем величина сигнала на выходе цепи ОС больше того возмущения, которое было при появлении его на входе. В итоге случайно возникшее возмущение приводит к непрерывному нарастанию выходного сигнала. Нарастание выходного сигнала ограничивается нелинейными свойствами усилителя, т.e. при определенном уровне сигнала в системе коэффициент усиления начинает уменьшаться. При выполнении условия Коβ=1 амплитуда автоколебаний стабилизируется.
При "жестком" режиме возбуждения петлевое усиление в системе меньше единицы и для возникновения автоколебаний необходим дополнительный внешний сигнал определенной амплитуды.
Характерной особенностью генераторов синусоидальных сигналов является наличие, в цепи их ОС, компонентов с резонансными или избирательными свойствами. Благодаря ним условия возникновения автоколебаний выполняются в определенной полосе частот. Так, например, при использовании в цепи ОС моста Вина (см рис. 4.1.1) его коэффициент передачи
(4.1.4)
где Z1 = R1+ 1/jwС1, Z2= R2 /(1+jw R2 C2).
Если RI = R2 = R и С1 = C2 =C , то (4.1.4) примет вид:
β= l / [3+j (wRC-1/wRC)] (4.1.5)
Коэффициент β будет вещественным на частоте wо, если мнимая часть будет равна нулю, откуда частота генерации wo = 1/RC, т.к. на этой частоте β= 1/3, то коэффициент усиления усилителя К = 3.
Рис 4.1.1 Генератор с мостом Вина
Для генерации сигналов на высоких частотах часто используют генераторы с LC контурами.