3.3. Транзисторні генератори електричних сигналів.
Електронний генератор – це пристрій, що перетворює електричну енергію джерела постійного струму в енергію незгасаючих електричних коливань необхідної форми, частоти і потужності.
Генератори класифікують за формою коливань (синусоїдальні, прямокутні, пилкоподібні і ін.), за частотою (генератори низької, високої, надвисокої частоти), за типом кіл збудження коливань і за іншими відмінними ознаками.
Генератори оцінюють за допомогою таких характеристик, як:
– діапазон частот, що генеруються;
– точність установки частоти і підтримки її під час роботи;
– міра спотворення форми коливань і зміни амплітуди вихідної напруги;
– залежність параметрів вихідного сигналу від зовнішнього навантаження
та ін.
За способом утворення коливань генератори підрозділяють на дві групи: генератори із зовнішнім збудженням і генератори із самозбудженням.
Генератором із зовнішнім збудженням є підсилювач потужності, на вхід якого подаються електричні сигнали від джерела коливань. Генератори з самозбудженням містять формувачі коливань; такі генератори часто називають автогенераторами.
Узагальнена структурна схема електронного генератора показана на рис. 3.58, на якій: ДЕ – джерело енергії; ПЕ – підсилювальний елемент; ДЗЗ – коло позитивного зворотного зв’язку; ВЗЗ – коло від’ємного зворотного зв’язку; ФК – формувач коливань (LC–контур або фазуюче RC–коло).
Джерелом енергії (ДЕ) служить стабілізований випрямляч постійного струму або батарея гальванічних елементів. Як підсилювальний елемент (ПЕ) використовуються транзистори, електронні лампи і інші нелінійні елементи. Формувачами коливань (автогенераторами) (ФК) є ПЕ у поєднанні з резонансними LC–контурами або фазуюючими RC–колами. Коло позитивного зворотного зв’язку (ДЗЗ) забезпечує автоколивальний режим в колі генератора; коло від’ємного зворотного зв’язку (ВЗЗ) стабілізує параметри ПЕ і покращує їх характеристики.
Рис. 3.58.
Принцип роботи автогенератора заснований на автоматичному поповненні енергії, яку витрачає формувач коливань. Генерація коливань виникає і підтримується за дотримання умов:
1) добуток коефіцієнта підсилення на коефіцієнт зворотного зв’язку1 має бути рівним –1, тобто β·K = –1;
2) фаза коливань на виході кола зворотного зв’язку (ЗЗ) повинна збігатися з фазою коливань на вході підсилювального елементу, сумарний зсув фази, що створюється підсилювачем і колом ЗЗ, дорівнює нулю, тобто φПЕ + φЗЗ = 0.
Перша умова називається балансом амплітуд; якщо воно не дотримується, то коливання або затухатимуть і припиняться (при K·β < –1), або їх амплітуда зростатиме (при K·β > –1), поки зростання не припиниться внаслідок нелінійності підсилювального елементу.
Друга умова називається балансом фаз; воно означає, що коливання виникають при цілком певній частоті, при якій спостерігається збіг фаз. При великому фазовому зсуві коливання зовсім припиняться – вихідне коливання гаситиме вхідне. При дотриманні обох умов коливання плавно або різко виникають і автоматично підтримуються із заданою амплітудою.