2. Основы теории и расчета автогенераторов и генераторов с внешним возбуждением

Генерирование электромагнитных колебаний осуществляют радиотехнические устройства, преобразующие энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний. Эти устройства подразделяются на автогенераторы – АГ и генераторы с внешним возбуждением – ГВВ. Отличие их в том, что в АГ возбуждаются колебания, а в ГВВ колебания усиливаются по мощности. По генерируемому сигналу АГ представляют собой двухполюсник, то есть имеет место только выход сигнала, а ГВВ - четырехполюсник, на вход которого поступают электромагнитные колебания, а с выхода усиленные по мощности колебания поступают в нагрузку. Под нагрузкой следует понимать радиотехнические устройства, использующие электромагнитные колебания. Например, антенна – радиотехническое устройство, преобразующая электромагнитные колебания в электромагнитные волны.

Схемы построения генераторов электромагнитных колебаний показаны на рис. 2.1.

а) б)

в)

г)

Рис. 2.1. Схемы построения генераторов электромагнитных колебаний

Схема на рис. 2.1,а часто применяется в СВЧ диапазоне электромагнитных колебаний (дециметровый, сантиметровый диапазон длин волн). В качестве автогенераторов используются достаточно мощные магнетроны, лампы бегущей волны и другие генераторные приборы. Если в качестве АГ используются маломощный генераторный прибор (например отражательный клистрон), то применяется схема, приведенная на рис. 2.1,б. Схема на рис. 2.1,в применяется в тех случаях, когда предъявляются высокие требования к стабильности частоты генерируемых колебаний. С выхода высокостабилизированного по частоте АГ, работающего на сравнительно низкой частоте, гармонический сигнал поступает на умножитель частоты. Далее, сигнал частоты f₀ = nf_АГ, где n – кратность умножения, поступает на ГВВ и усиленный до необходимого уровня мощности идет в нагрузку. В радиолиниях связи высокочастотный сигнал используется в качестве несущего сообщение. Для этого один из параметров высокочастотного сигнала: амплитуда, частота или начальная фаза, – изменяются по закону сигнала сообщения u_c(t). Процесс изменения параметра несущего сигнала называется модуляцией, а устройство, реализующее этот процесс, – модулятором (рис. 2.1,г). Таким образом, АГ является первичным источниками электромагнитных колебаний. Рассмотрим фундаментальные положения, лежащие в основе построения и работы АГ.

2.1. Автогенераторы

Автогенераторы являются функционально необходимыми устройствами в различной по назначению радиоэлектронной техники:

– в радиопередающих системах радиолокационной, радионавигационной техники и каналах связи они входят в состав возбудителей электромагнитных колебаний;

– в радиоприемных устройствах той же техники они выполняют роль источников опорного сигнала (гетеродина) для переноса спектра модулированного сигнала из области высоких частот на промежуточную частоту;

– в вычислительных системах, автоматизированных системах управления и телевидении они входят в устройства синхронизации. Автогенераторы находят самое широкое применение в измерительной технике и медицинских радиоэлектронных приборах.

На рис. 2.2. автогенератор представлен эквивалентной схемой по переменному току.

Рис. 2.2. Эквивалентная схема автогенератора по переменному току: АЭ – активный элемент (электровакуумный или полупроводниковый усилительный прибор); Z₁, Z₂, Z₃ – комплексные сопротивления, образующие колебательную систему; , , , – комплексные амплитуды токов и напряжений

Будем полагать, что в АГ установился стационарный процесс, то есть имеет место устойчивый режим колебаний. Через активный элемент – АЭ (рис. 2.2) и в контуре протекают токи

, (2.1)