Исследование генератора гармонических колебаний

Генераторами называют устройства, преобразующие электрическую энергию источника

постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний.

Различают генераторы с внешним (независимым) возбуждением и с самовозбуждением.

Генераторы с самовозбуждением (автогенераторы), в которых генерирование электрических колебаний происходит благодаря выполнению условий самовозбуждения. Любой автогенератор электрических колебаний представляет собой усилитель, охваченный цепью положительной обратной связи (рис.1).

Часть выходного напряжения через цепь ПОС поступает на вход усилителя

Uос=Uвх

Усилитель должен иметь такой коэффициент усиления, при котором полностью компенсируются потери напряжения, поступающие через цепь ПОС. Это условие баланса амплитуд. Баланс фаз выходного и входного напряжений определяет условие, при котором в замкнутой системе (усилитель + цепь ПОС) обеспечивается ПОС, т.е. сдвиг фаз между Uвых и Uос должен быть равен нулю.

Генераторы синусоидальных (гармонических) колебаний осуществляют преобразование энергии источника постоянного тока в переменный ток нужной частоты.

Генераторы синусоидальных колебаний выполняют с колебательным

LC-контуром и частотно-зависимыми RC-цепями. LС-генераторы предназначены для генерирования сигналов высокой частоты (свыше нескольких десятков кГц), а RC-генераторы используются на низких частотах.

LC- генераторы основаны на использовании избирательных

LC-усилителей. Усло­вия для генерации синусоидальных колебаний создаются для частоты настройки f0 колебательного контура, когда его сопротивление является чисто активным, час­тота генерируемых колебаний близка к резонансной частоте колебательного кон­тура.

Схемы LC-генераторов разнообразны. Они отличаются способами включения в усилитель колебательного LC -контура и создания в нем положительной обратной связи.

Ha рис.2 приведена схема LC - генератора.

Рис. 2

Усилительный каскад выполнен на транзисторе с ОЭ. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора.

В схеме однокаскадного усилителя выходной сигнал находится в противофазе с выходным сигналом. Для обеспечения баланса фаз звено положительной обрат­ной связи должно осуществлять поворот на 180° фазы сигнала, передаваемого на выход усилителя.

В схеме параметрами колебательного контура является емкость конденсатора С2 и индуктивность L2 первичной обмотки трансформатора. Сигнал обратной связи снимается со вторичной обмотки L1 и подается на вход транзистора.

На частоте менее 50 кГц вследствие увеличения требуемых значений L и С увеличиваются размеры катушек и конденсаторов. Поэтому на низких частотах вместо LC – генераторов, используют RC – генераторы.

В RC- генераторах применяют Г – образные RC – цепи, мост Вина, Т – образные мосты и т.д. Мост Вина – одна из наиболее распространённых схем (рис.3,а).

Рис. 3 а) б)

На некоторой частоте f_0, называемой частотой квазирезонанса коэффициент передачи моста Вина резко возрастает (рис.3,б).

f₀=1/2ПRC