38.Генерирование электрических колебаний, общая структура генератора на основе усилителя с пос, варианты реализации при различной глубине пос, условия генерирования, баланс фаз и избыток амплитуд.

Это преобразование энергии источника питания в энергию изменяющегося ток (напряжения) Существует несколько подходов к рассмотрению процессов генерирования колебаний. Мы воспользуемся радиотехническим подходом, основанном на теории усилителей с ОС. Согласно этому подходу, генератор колебаний представляется усилителя с положительной ОС (ПОС). СВхема такого генератора показана на рис.12.1

В отличие от линейных усилителей, где мы пользовались свойством локальной линейности в окрестности равновесной точки, генератор колебаний является принципиально нелинейным устройством. Поэтому адекватное описание процессов в нем требует обязательного учета нелинейностей. Однако можно получить некоторые характеристики процесса , основываясь только на линейном приближении.

Обратимся к рис.12.1, где цепь генератора условно разбита на два четырехполюсника, образующих усилитель с ОС. Коэффициент усиления ее для малых амплитуд сигналов выражается формулой (10.10)

(12.1)

Причем коэффициент усиления k₀(ω) и коэффициент обратной связи k_ос(ω) являются комплексными и частотно зависимыми величинами. Их произведение, входязее в знаменатель формулы, называется петлевым коэффициентом передачи. Уже отмечалось, что при равенстве единице петлевого коэффициента передачи общий коэффициент усиления обращается в бесконечность, и усилитель превращается в генератор колебаний. Рассмотрим эти явления подробнее.

Предположим, что ОС положительна, но k₀k_ос <1. В этом случае колебания с частотой ω_пос, на которой k₀k_ос действительно и положительно, будут затухающими. В самом деле, если такое колебание, например на входных клеммах усилителя, будет иметь амплитуду U_mвх, то, пройдя по цепи усилителя и ОС, оно вернется обратно на входные клеммы с амплитудой U_mвх k₀k_ос, меньшей, чем U_mвх. В ходе следующего цикла передачи колебания по цепям прямой и обратной связей амплитуда вновь уменьшится и т.д. до полного затухания колебаний. Таким образом, при k₀k_ос <1 генерирование колебаний невозможно.

Предположим, что k₀k_ос >1. Тот же порядок рассуждений показывает , что за один цикл прохождения колебания по цепям усилителя и ОС амплитуда его увеличится. В следующем цикле рост амплитуды продолжится, т.е. колебания в системе будут нарастать по амплитуде. В конце концов, амплитуда увеличится настолько, что усилитель начнет входить в режим насыщения и линейное описание станет неверным. Однако, пользуясь этим описанием, мы установили, что для генерирования колебаний необходимо выполнение двух условий:

– условие баланса фаз (12.2)

- условие избытка амплитуд (12.3)

Третий случай k₀k_ос=1 соответствует т.н. балансу амплитуд, при котором каждый цикл прохождения колебания по по усилителю и цепи ОС возвращает на вход усилителя исходную величину амплитуды. Следовательно, при балансе амплитуд в системе существуют колебания с неизменной амплитудой. Если при этом амплитуда недостаточна для насыщения усилителя, то колебания на выходе усилителя будут синусоидальными с частотой ω_пос, на которой выполняется условие баланса фаз.