7 Автогенераторы

Генератором называется устройство, предназначенное для преобразования энергии источника питания в энергию сигнала переменной амплитуды различной формы. В этом отношении различают генераторы гармонических колебаний и релаксационные генераторы (см. рисунок 7.1). Первые чаще всего работают в режиме автогенерации, вторые могут быть и синхронизируемыми, т.е. запускаться внешними управляющими сигналами. Релаксационные генераторы с внешним запуском называют одновибраторами.

Рисунок 7.1 - Классификация генераторов

В настоящем разделе курса главное внимание будет уделено рассмотрению автогенераторов, релаксационные (импульсные) генераторы изучаются в обьеме цифровой электроники.

На рисунке 7.2 приведена известная функциональная схема усилительного каскада, охваченного обратной связью, где К – коэффициент усиления прямой цепи, β – коэффициент усиления звена обратной связи. В том случае, когда фазы сигналов входного и обратной связи совпадают обратная связь квалифицируется как положительная (см. раздел 2).

Рисунок 7.2 - Функциональная схема автогенератора

Тогда известная формула расчета коэффициента усиления каскада, охваченного положительной обратной связью (ПОС) будет иметь вид:

при этом все члены, входящее в соотношение, как правило, являются комплексными величинами.

Поскольку в любом усилительном каскаде коэффициент усиления является в общем случае частотно зависимым, последнее выражение можно переписать:

В автогенераторах используется условие К_ОС → ∞, имеющее место для или с учетом комплексности :

Данное равенство возможно для некоторой частоты w₁ и разбивается на два условия:

,

где n = 0; 1; 2; …. – любое целое число.

Первое условие носит название «баланс амплитуд», второе – «баланс фаз». Баланс фаз и амплитуд является необходимым и достаточным для возникновения на выходе усилительного каскада с ПОС гармонических колебаний. Если условие баланса фаз и амплитуд выполняется для одной частоты – на выходе устанавливаются синусоидальные колебания этой частоты, при соблюдении балансов в широком диапазоне частот – имеем релаксационный генератор, например прямоугольных импульсов.

На практике баланс фаз и амплитуд достигается формированием цепи ПОС LC или RC цепями. Один из вариантов LC генератора является схема, изображенная на рисунке 7.3.

Рисунок 7.3 - Схема LC автогенератора

В коллекторную цепь транзистора включен колебательный контур L_КR_К. За счет ПОС, сформированной индуктивностью L_СВ, сигнал с выхода попадает на вход. При условии достижения баланса амплитуд (за счет коэффициента трансформации обмоток L_KL_СВ на выходе каскада установятся синусоидальные колебания с частотой свободных колебаний колебательного контура L_КR_К. Элементы LФ и СФ не пропускают переменную составляющую через источник питания.

На рисунке 7.4 приведена принципиальная схема RC автогенератора.

Рисунок 7.4 - Схема LC автогенератора

Рисунок 7.5 - Генератор синусоидальных колебаний на ОУ с диодной автокоррекцией в цепи ООС