Генераторами — называют электронные устройства, преобразующие спомощью усилительных приборов энергию источника питания в энергию выходного сигнала,заданной формы, амплитуды и частоты.
Существуют два основных класса генераторов: синусоидальных и негармонических сигналов.
Генераторы синусоидальных колебаний
Основными критериями классификации генераторов синусоидальных колебаний являются:
Принцип управления режимом работы.
Различают генераторы с независимым возбуждением, режимом которых управляют внешние источники переменного напряжения, или внутренним управлением, автогенераторы.
Схема, с помощью которой поддерживаются колебания.
Гармонические колебания в генераторах поддерживают резонансные LC-контуры или другие резонирующие элементы (кварц, объёмный резонатор), а также фазирующие RC-цепи, которые включают в цепь обратной связи генераторов.
В связи с этим различают LC- и RC-генераторы гармонических колебаний.
Мощность генератора
Маломощные LC-генераторы применяют в измерительных и регулирующих устройствах, а также в качестве задающих генераторов.
LC-генераторы средней и большой мощности применяют для питания электронных микроскопов и технологических установок ультразвуковой обработки металлов и диэлектриков.
LC-генераторы с независимым возбуждением
От генераторов с независимым возбуждением требуется выделение в нагрузке значительной мощности, поэтому в качестве усилительных элементов в них используют мощные транзисторы или электронные лампы.
Генераторы с независимым возбуждением представляют собой избирательные усилители мощности, собранные по однотактной или двухтактной схеме в режиме усиления класса С с резонансным контуром в цепи нагрузки.
При использовании в качестве усилительного элемента транзисторов их включают по схеме с общим эмиттером (ОЭ) или с общей базой (ОБ).
Работу однотактного генератора с независимым возбуждением рассмотрим на примере однотактного генератора на транзисторе типа p-n-p, по схеме с ОЭ (рис.1.1).
Однотактный генератор с независимым возбуждением на транзисторе
В этой схеме между базой и эмиттером проложено напряжение возбуждения Uб=Uбмcoswtснимаемое со вторичной обмотки трансформатора Тр. Нагрузкой коллекторной цепи является колебательный контур LkCk, на котором выделяются колебания более высокой мощности, чем входные. Смещение на базе осуществлено за счет источника Еб. Блокировочные конденсаторы Сб1 и Cб2 предотвращают протекание переменных составляющих токов через источники питания Еби Ek. Напряжение смещения на базе Ебвыбирают таким образом, чтобы схема работала в режиме усиления класса С.
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения
... построить для схемы с независимым возбуждением, включив обмотку возбуждения через добавочное сопротивление, величину которого следует рассчитать, при номинальном напряжении питания. Пусковую механическую характеристику двигателя последовательного возбуждения следует ... Значение Типоразмер двигателя М - 33 Номинальная скорость - w н Об/мин 2200 Напряжение - U н В 110 Мощность Р н кВт 2,1 Ток - I ...
LC-генераторы с самовозбуждением
LC-генераторы с самовозбуждением, которые генерируют электрические колебания без какого-либо управляющего воздействия, то есть работают в автоколебательном режиме, называют автогенераторами.
В автогенераторах при отсутствии входного сигнала на выходе появляется выходной сигнал. Это становится возможным при бесконечно большом коэффициенте усиления схемы.
Выполняют LC-автогенераторы на основе однокаскадных усилителей с колебательным контуром в цепи положительной обратной связи (ОС).
Цепь положительной ОС служит в генераторе для компенсации потерь. Благодаря ей получают незатухающие выходные колебания.
Таким образом, автогенератор представляет собой усилительное звено с коэффициентом усиления К, охваченное положительной ОС с коэффициентом передачи по напряжению Е (рис.1.5).
Для автогенератора справедливы следующие соотношения:
Uвых = К U о.c. , Uо.c = Uвх,
Uо.c. = EUвых, Uвых = KEUвых,
что возможнопри КЕ = 1. (1.1)
KE = 1 — основное условие существования в схеме установившихся колебаний.
Если учесть, что KE- величина комплексная, то условие (1.1) можно записать в виде:
KE*e^j(k +E) = 1 (1.2)
или k+E=2Пn, (1.3)
KE = 1. (1.4)
Выражение 1.3 отражает баланс фаз , то есть сдвиг фаз в замкнутой автоколебательной системе должен быть равен 2Пn(n = 0,1,2,…).
Выражение 1.4 показывает баланс амплитуд. Для существования автоколебаний ослабление сигнала в цепи должно быть скомпенсировано в усилительном звене К .
Условия баланса фаз и амплитуд должны соблюдаться на частоте резонанса контура fр , иначе генерации не будет.
Режимы самовозбуждения автогенераторов
Автоколебания в генераторах могут возникать при различных режимах самовозбуждения — мягком или жестком.
В мягком режиме автоколебания развиваются при появлении на выходе усилительного звена бесконечно малого сигнала, который может возникать за счет напряжения шумов усилительного элемента.
Процесс развития автоколебаний в мягком режиме представлен на рис.1.6.
Когда на выходе усилительного звена появляется небольшое напряжение Uвх1, то это напряжение усиливается звеном К до напряжения Uвых1. В свою очередь напряжение Uвых1, ослабленное в звене обратной связи в Е раз, опятьпопадает на вход усилительного в виде напряжения Uвх2.;процес повторяется пока не установится равенство К=Е и на выходе генератора не появится напряжение Uуст.
Так как амплитудная характеристика нелинейна из-за нелинейности характеристик самого усилительного элемента, то коэффициент усиления К уменьшается при значительном увеличении Uвх. Поэтому для поддержания процесса автоколебаний общая запись условия баланса амплитуд будет иметь вид:
Генератор на транзисторе. Автоколебания
... изображение транзистора показано на рисунке 4.23. Работа генератора на транзисторе. Упрощенная схема генератора на транзисторе показана на рисунке 4.24. Колебательный контур соединен последовательно с источником напряжения и транзистором таким образом, что на эмиттер подается положительный потенциал, а на коллектор ...
- KE>=1.
Здесь отражено и развитие автоколебаний и установившийся процесс.
В жестком режиме самовозбуждения развиваются при полаче на вход усилительного звена значительного входного сигнала, а не напряжения шумов.
Графическая иллюстрация развития автоколебаний в жестком режиме приведена на рис.1.7.
Схемы LC — автогенераторов
Рассмотрим несколько схем LC — генераторов.
LC — автогенератор с трансформаторной связью на транзисторе типа p-n-p.
Это схема с колебательным контуром в коллекторной цепи и трансформаторной связью между входом и выходом усилителя (1.8).
Элементы схемы R1,R2,Rэ,Cэ обеспечивают необходимый режим схемы по постоянному току и его термостабилизацию. Через емкость С2 протекает переменная составляющая базового тока, что исключает ее влияние на величину постоянного смещения на базе. Сопротивления rк и rб характеризуют активные потери в контуре и базовой обмотке.
Сопротивление контура на резонансной частоте носит чисто активный характер и определяется как
Rо.c. = Lk / (rк*Ск).
генератор транзистор автоколебание
Параметры контура и базовой обмотки выбраны так , что фазовый сдвиг в замкнутой цепи “усилитель — обратная связь” равен нулю. Это обеспечивает выполнение баланса фаз.
Для определения основных параметров схемы применяют формулы
fp = 1 / (2П (LkCk)^0,5),
b>=(Lk / Lб)^0.5= wk / wб,
где b — коэффициент усиления транзистора; Lб — индуктивность базовой обмотки; wк — число витков обмотки контура с индуктивностью Lк; wб — число виков базовой обмотки.
Индуктивная трехточка — схема Хартлея.
В автогенераторе Хартлея (рис.1.9) обратная связь между индуктивностями L1 и L2 осуществлена за счет взаимоиндукции.
Cигнал ОС зависит от напряжения на секции L2 и витков секции w2. На вход транзистора VTсигнал с этой секции подается через разделительный конденсатор С. Выбор емкости этого конденсатора осуществляют по соотношению С>>C1. Резонансная частота в этой схеме зависит от параметров пассивных элементов С1 и L1:
fp = 1/ (2*3.14*(L1*C1)^0.5)
3. Емкостная трехточка — схема Колпитца.
В автогенераторе Колпитца (рис.1.10) емкостная ветвь колебательного контура содержит два конденсатора С1 и С2.
С конденсатора С2 напряжение ОС подается на вход усилительного звена. Напряжение на обкладках конденсаторов С1 и С2 относительно общей точки имеет противоположную полярность, то есть сдвиг на 180 градусов. Усилительный каскад тоже сдвигает фазу на 180 градусов. При таких сдвигах выполняется баланс фаз и частота резонанса зависит от параметров контура:
fp = 1/ (2*3.14*(LC)^0.5,
где С = С1*С2/ (С1+С2).
