§ 4.2. Генераторы негармонических колебаний.

Рассмотрим элемент триггер Шмитта – цифровой элемент, обладающий большим коэффициентом усиления, на выходе которого стоит формирование сигналов, выходной сигнал представляется в виде «0» и «1». Кроме того, триггер Шмитта обладает эффектом гистерезиса. Когда напряжение на входе нарастает, то при этом в триггере Шмитта работает верхний порог срабатывания, когда входящий сигнал уменьшается - срабатывает нижний порог. Положим, что в исходном состоянии напряжение питания (E) отсутствует, конденсатор разряжен полностью, в момент вре-

Рис.4.2.1

Генератор на триггере Шмитта.

U₁

U_в

U_н

0

t₁ t₂ t

U₂

E

0

t₁ t₂ t

Рис. 4.2.2

мени t₀ подается напряжение питания, при этом на выходе триггера Шмитта напряжение становится равным 1(Е). Конденсатор С начинает заряжаться, ток заряда потек с выхода триггера Шмитта через резистор R, конденсатор С на общую шину. В момент времени t₁ (рис. 4.2.1) напряжение на конденсаторе достигает верхнего порога срабатывания. При этом триггер Шмитта срабатывает и на выходе формируется «0». Конденсатор С начинает разряжаться, ток разряда протекает от общей шины через конденсатор С, резистор R на выход триггера Шмитта. В момент времени t₂ напряжение на конденсаторе становится равным нижнему порогу срабатывания. Триггер Шмитта срабатывает и на его выходе формируется 1(Е). Далее процесс продолжается циклически.

В генераторах гармонических колебаний амплитудное и фазо­вое условия самовозбуждения выполняются на одной частоте — частоте генерации (точнее — в узком интервале частот). Генераторы негармонических колебаний являются широкополосными авто­колебательными системами. В этих генераторах обратная связь велика (β > 1), что в отсутствие высокодобротных частотно-избирательных фильтров приводит к генерации широкого спектра частот. При этом форма генерируемого напряжения сложная (см. рис. 4.3.2, 4.3.4). Характерной особенностью рассматриваемых колебаний является наличие участков с медленным изменением силы тока или напряжения в течение времени tn (рис. 4.3.2) и очень быстрым, скачкообразным — в течение времени tu (масштаб на рис. 4.3.2 увеличен). Скачок возникает при выполнении, условия самовозбуждения (Коβ >1). За счет нелинейности усилительного прибора К уменьшается и при Коβ=1 лавинный процесс нарастания тока прекращается. В дальнейшем лампа или транзистор запи­рается, происходит разрыв цепи обратной связи. При этом совер­шается медленный процесс (разряд конденсатора), который при­водит к изменению входного напряжения усилительного прибора, отпиранию его, к замыканию цепи обратной связи и появлению следующего скачка. Таков цикл работы схемы. Если в схеме гене­ратора содержится два транзистора, то во время скачка они оба открыты, а затем один из них запирается. Период колебания определяется параметрами схемы. Рассмотрим процессы, происходящие в блокинг-генераторе (рис. 4.3.1). На рисунке представлена схема трансформаторного усилителя с сильной положительной обратной связью (третья об­мотка нагрузочная). Временные диаграммы (несколько упрощенные), иллюстрирующие процессы в блокинг-генераторе изображены на рисунке 4.3.2.

При включении источника питания происходит нарастание коллекторного тока и рост прямого

напряжения на базе u_б (в начальный момент

конденсатор С не заряжен и u_б = u₂, рис. 4.3.1).

По мере зарядки конденсатора напряжение на

базе транзистора уменьшается, силы токов I_б и I_к также уменьшаются, напряжения u₂ и u_б ме- няют знаки – транзистор запирается, кольцо об-

ратной связи разрывается. Происходит медлен-

ный разряд конденсатора С через R_б . Напряже-

ние на конденсаторе при разряде уменьшается

Рис.4.3.1 по закону:

(4.3.1)

При изменении напряжения на конденсаторе u_c меняется напряжение на базе u_б (рис. 4.3.2). Пока u_б > 0 транзистор заперт. При u_б = 0 транзистор открывается и формируется следующий скачок. Период Т генерируемых колебаний равен сумме длительностей импульса t_u и паузы t_п (Т = I_б + I_бI_к). Длительность импульса определяется объемным сопротивлением базы R_б открытого транзистора (t_u~Cr_б) и параметрами трансформатора (L,W); длительность паузы – сопротивлением R_б и емкостью С (t_п~CR_б). Изменяя Rб и С, можно менять период следования импульсов-