Общие сведения.

Генератор предназначен для формирования периодических колебаний различной формы: синусоидальной, прямоугольной, экспоненциальной, треугольной и т.д..

Для получения незатухающих колебаний в автогенераторах используется компоненты электроники, на вольтамперных характеристиках которых имеется, или создан с помощью цепи положительный ОС участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В большинстве автогенераторов используются усилители с положительной ОС.

При наличии ПОС, когда фазовой сдвиг по петле усилитель-цепь ОС равен нулю и петлевое усиление больше или равно единице усилитель теряет устойчивость: условие возникновения автоколебаний:

_ус + _ос = 0,2

k >1

где: _ус , _ос - фазовые сдвиги усилителя и цепи ОС

К,  ~ коэффициент передачи усилителя и цепи ОС.

Активные элементы в генераторе необходимы принципиально, так как в пассивных элементах (R, L, С) энергия колебаний может только затухать. Если энергия, подводимая в пассивные цепи, превосходит потери энергии в этих цепях, то любой возникающий в них колебательный процесс будет нарастать. Энергетическое равновесие, соответствующее стационарному режиму автоколебательного генератора, осуществимо лишь при наличии нелинейных свойств у элементов системы.

При установлении колебаний любые шумы или возмущения в системе, вызванные случайными факторами, усиливаются и через цепь ОС подаются на вход усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала (баланс фаз I). В итоге случайно возникшее возмущение приводит к непрерывному нарастанию входного сигнала. Однако, при определенном уровне сигнала начинают проявляться нелинейные свойства электронного усилителя. Коэффициент усиления начинает уменьшаться и при выполнении баланса амплитуд Ку = 1 амплитуда автоколебаний стабилизируется и автогенератор начинает давать колебания, имеющие постоянную амплитуду.

Релаксационные генераторы (мультивибраторы) состоят из широкополосных электронных усилителей, охваченных ПОС, глубина которой остается почти постоянной в широкой полосе частот, и имеет в петле ОС элементы, накапливающие энергию. Причем во всех случаях на частоте 0 выполняются условие К<1. В противном случае устройство превратится в триггер. Это условие свидетельствует о наличии накопителя энергии

уменьшающего петлевое усиление на низких и инфранизких частотах до уровня, при котором невозможно появление устойчивого состояния.

Генераторы синусоидального напряжения отличаются тем, что у них в цепи ОС имеется группа элементов с резонансными свойствами. Поэтому условие возникновения колебаний выполняются только на одной частоте, а не в полосе частот, как у генераторов импульсов.

Генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина.

Генератор гармонических колебаний изображен на рисунке 1. Он предназначен для получения синусоидальных колебаний с частотой от 100 Гц до 100 кГц. Эту полосу можно перекрыть при соответствующем выборе сопротивлений R1, R2 которые вместе с емкостями C1 ,C2 составляют мост Вина. Мост Вина стоит в цепи ПОС усилителя, коэффициент усиления которого задается цепью ООС, состоящей из R4, R3 и сопротивления полевого транзистора VT1.

Неинвертирующий усилитель имеет коэффициент усиления

и фазовый двиг _ус == 0.

Д ля генерации необходимо, чтобы мост Вина имел коэффициент передачи

на частоте генерации и фазовый сдвиг _ос == 0. Условие баланса фаз

в ыполняется на частоте (при R₁=R₂ и C₁=C₂).

Избирательные RC-цепи в генераторах синусоидальных колебаний имеют сравнительно пологие амплитудно- и фазочастотную характеристики. Поэтому, если k >1 даже на небольшую величину, то условия возникновения автоколебаний выполняются в сравнительно широкой полосе частот. При этом

Рисунок 1

форма выходного сигнала существенно отличается от синусоидальной. Поэтому у RC-генераторов приходится вводить дополнительные цепи автоматического регулирования коэффициента усиления. Они должны быть инерционными, однако на практике с целью упрощения широко используются нелинейные элементы, уменьшающие значение коэффициента передачи К после достижения амплитудой колебаний определенного значения.

В рассматриваемой схеме роль нелинейного элемента выполняет полевой транзистор VT1. С помощью цепочки R8, C5, VД1, VД2, R7, R6 часть выпрямленного сигнала генератора подается на затвор VT1. С увеличением амплитуды уменьшается проводимость VT1, что приводит к уменьшению коэффициента усиления ОУ и тем самым к уменьшению выходной амплитуды.