Генераторы электрических сигналов передачи

Назначение и виды генераторов. Электронные генераторы – это устройства посредствам которых энергия источника питания преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты, мощности.

Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колебаний, частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого активного элемента и др..

По выходной мощности генераторы делятся на маломощные (менее 1Вт), средней мощности (ниже 100Вт), мощные (свыше 100Вт). По частоте генераторы можно разделить на инфранизкочастотные (менее 10Гц), низкочастотные (10Гц – 100КГц) высокочастотные (100КГц – 100МГц) и сверхвысокочастные (свыше 100Мгц).

Принцип построения генераторов Генератор является нелинейным устройством, которое преобразует энергию источника питания в энергию колебаний. Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью приведена на рис.4.1

Рис. 4.1.

Она содержит усилитель с коэффициентом К, частотно-избирательную цепь положительной обратной святи с коэффициентом β и цеп отрицательной обратной святи с коэффициентом m.

Функционирование генератора можно разделить на две части: первая возбуждение генератора, второе стационарный режим. На этапе возбуждения в генератора колебания и амплитуда их постепенно нарастает. На втором этапе амплитуда колебаний стабилизируется и генератор переходит в стационарный режим. Форма колебаний на обеих этапах показана на рис. 4..1.

На этапе возбуждения основную роль играет цеп положительной обратной связи. Эта цепь определяет условие возбуждения колебаний, их частоту и скорость нарастания амплитуды. После возникновения колебаний их амплитуда нарастает до тех пор, пока действие нелинейной отрицательной обратной святи не ограничит их рост.

Поскольку на этапе возбуждения отрицательная обратная связь не работает, возможно рассмотреть болем простую схему рис.4.2

Рис.4.2

Цепь положительной обратной связи обычно выполняется на пассивных элементах и потому имеет потери. Затухание сигнала в цепи обратной связи, компенсируется усиление, которое обеспечивает усилитель. Рассмотрим условия при которых в

схеме 3.2. приведенной выше могут возникнуть колебания.

При включении питания в схеме возникают колебания, обусловленные нестационарными процесами - зарядом ємкостей и индуктивностей, переходными процессами в транзисторах, ОУ.

Эти колебания поступают на вход усилителя в виде сигнала Uвх. и, пройдя усилитель, появляются на его выходе в виде сигнала Uвых=Uвх.K. С выхода усилителя колебания через цепь положительной обратной связи вновь поступают на вход усилителя, поэтому

Uвх=Uвых.β. или Uвых(1-Кβ)=0

где К – комплексное значение коэффициенте усиления, β - цепи обратной связи.

Из полученного уравнения следует, что напряжение на входе усилителя, а следовательно, и на его выходе может иметь конечное значение только при выполнении условия

1-Кβ=0

Откуда находим условие возбуждения колебаний

1-Кβ=1

где произведение Кβ называется петлевым усилением усилителя с обратной связью.

Условие возникновения колебаний распадается на два условия, которые принято называть условиями баланса амплитуд и фаз

|Кβ|=1

arg(Кβ)=φ_к + φ _β =0

Первое из условий означает, что в стационарном режиме полное петлевое усиление на рабочей частоте генератора должно быть равно единице, т.е. модуль коэффициента усиления усилителя должен быть равен модулю обратной величины коэффициента передачи звена положительной обратной связи

Второе условие называемое условием баланса фаз, означает, что полный фазовый сдвиг в замкнутом контуре генератора должен быть равен 2πn, где n - любое целое число. Условие баланса фаз позволяет определять частоту генерируемых колебаний. Если условие баланса фаз выполняется только на одной частоте, то при условии баланса амплитуд колебания будут гармоническими. Если условие баланса фаз выполняется для ряда частот, то колебания будут негармоническими.