Загальна структура і типи генераторів

Генератори електричних коливань перетворюють енергію джерела живлення на енергію змінного струму, частота якого визначається параметрами коливальної системи. Існують різні способи генерації електричних коливань. Ефективність їх застосування залежить в основному від діапазону частот. У відносно низькочастотних діапазонах коливання збуджують у системах із зосередженими параметрами. Починаючи з дециметрового діапазону для збудження коливань можна використовувати лише системи з розосередженими параметрами.

Із підвищенням частоти змінюється принцип утворення електричних коливань. Якщо відносно низькочастотні коливання відбуваються завдяки перетворенню енергії джерела постійного струму, то в надвисокочастотних генераторах (параметричних і квантових) енергія одних електричних коливань перетворюється на енергію інших коливань тієї частоти, яку треба мати.

Нижче розглядаються лише генератори, побудовані на зосереджених елементах, в яких за допомогою активних електронних елементів енергія джерела постійного струму перетворюється на енергію коливань заданої частоти.

Генератори — це автоколивальні системи, в яких збуджуються незгасаючі коливання. В кожній такій системі (рис. 7.1) можна виділити три основні елементи: коливальну систему, що складається з накопичувача і споживача електричної енергії; джерело енергії, або джерело живлення; пристрій, який регулює подачу енергії в коливальну систему та складається з кола 33 і перемикача. Коливання утворюються завдяки тому, що в системі є накопичувач енергії, який за першу частину періоду коливань одержує енергію від джерела, а потім, у другій частині періоду, віддає її споживачу.

Рис. 7.1. Узагальнена структурна схема і класифікація генераторів

Характер автоколивань визначається, головним чином, властивостями коливальної системи. Якщо добротність системи велика й обидва її елементи реактивні (LС-генератор), то для підтримки автоколивань треба вводити в неї за період малу кількість енергії порівняно з повною енергією системи. Період і форма автоколивань при цьому збігаються з періодом та формою власних коливань системи, тобто маємо гармонічні коливання. Якщо ж коливальна система аперіодична і за період втрачається значна частина її енергії, то автоколивання називаються релаксаційними (розривними). Залежно від особливостей створення кола 33 та співвідношенням між періодом коливань і тривалістю імпульсу серед релаксаційних автогенераторів розрізняють мультивібратори та блокінг-генератори.

Можна створити умови, за яких в електричних колах, побудованих лише з RС-елементів, генеруються майже гармонічні автоколивання. Це RС-генератори, або генератори з квазірезонансом.

В окрему групу релаксаційних генераторів виділяються генератори лінійно змінної напруги та лінійно змінного струму, в яких велика увага приділяється питанням лінеаризації заряджання і розряджання конденсатора, для чого в схеми вводяться додаткові елементи, які стабілізують струми, що проходять через конденсатори під час перехідних процесів і наближають форму імпульсів до ідеальних трикутних.

До генераторів можна також умовно віднести тригери на тій підставі, що це підсилювачі, охоплені 100 % - ним позитивним 33. Однак вони мають два стійких стани рівноваги, завжди знаходяться в очікувальному режимі роботи і виробляють (запам'ятовують) сигнал лише у відповідь на інший сигнал,який надійшов до них.

Якщо автоколивальну систему розглядати як чотириполюсник, що має коефіцієнтом передачі К й охоплений колом позитивного 33 з коефіцієнтом передачі β, то загальний коефіцієнт передачі системи згідно з (2.30)

(7.1)

Виходячи з (7.1), маємо три умови для виникнення автоколивань.

Перша, необхідна умова, полягає в тому, що 33 має бути позитивним, тобто потрібно виконати умову балансу фаз, згідно з якою сумарний зсув фаз в автоколивальній системі φ_к й у колі 33 φ_р має дорівнювати 2n?

(7.2)

Однак ця умова є лише необхідною. Для збудження автоколивань треба забезпечити такий коефіцієнт передачі β, при якому загальний коефіцієнт передачі системи прямуватиме до нескінченності, тобто має виконуватись ще й достатня умова — умова балансу амплітуд,згідно з якою петльовий коефіцієнт передачі βК має дорівнювати 1:

.(7.3)

З умови (7.3) випливають два висновки: по-перше, оскільки в пасивних колах завжди , перемикач повинен бути підсилювачем і мати ; по-друге, через те, що в практичних схемах К^зв не може прямувати до нескінченності, бо в такому разі немає обмежень зростанню амплітуди коливань, підсилювач після переходу в режим генерації має перейти в нелінійний режим роботи навіть тоді, коли при розірваному колі 33 його РТ знаходиться на лінійній ділянці ВАХ. Отже, третьою умовою виникнення автоколивань є здатність підсилювача переходити в нелінійний режим роботи.

Рис. 7.2. АХ і залежності усталеної амплітуди сигналу на виході автогенератора від

коефіцієнта ЗЗ для м’якого (а, б) та жорсткого (в, г) режимів самозбудження

Існують два режими самозбудження автогенератора: м'який та жорсткий. Їх розрізняють за початковим положенням РТ та за формою АХ підсилювача.

М’який режим самозбуджeння забезпечується, якщо РТ розташовується на лінійній ділянці ВАХ транзистора, а АХ підсилювача має в початковій частині найбільшу крутість, яка при зростанні амплітуди на вході зменшується (рис. 7.2, а). Тоді при досягненні критичного значення β_kp, коефіцієнта 33, що відповідає балансові амплітуд, виникнуть автоколивання. Амплітуда усталених коливань із зростанням βбуде збільшуватись (рис. 7.2. б) її автоматично стабілізуватися на рівні

U_вх=U_вх_a (7.4)

Процес виникнення, зростання та встановлення коливального режиму в автогенераторі можна пояснити за допомогою коливальної характеристики (див. рис. 7.2, а). На рисунку показано AХ К резонансного підсилювача і 1/β кола 33. Нехай на вході транзистора з'явилась напруга U_вх1, тоді на його виході буде напруга U_вих1 = КU_вх1. Через коло 33 ця напруга передасться на вхід транзистора з коефіцієнтом β; тоді U_вх2 =βКU_ВХ1 > > U_вх1 тому що βК > 1. Процес триватимедоти, доки не встановиться напруга U_вха, для якої виконується умова (7.3). Якщо ж амплітуда вільних коливань збільшиться настільки, що U_вх >U_вха, то добуток βК стане меншим за одиницю й амплітуда вільних коливань автоматично зменшиться до рівня (7.4).

Характерна особливість розглянутого режиму полягає в тому, що умова самозбудження, якщо вона забезпечена коефіцієнтом 33, виконується після вмикання живлення для будь-яких, навіть скільки завгодно малих початкових значень амплітуд коливань у системі, тобто коливання в ній можуть виникати навіть від флуктуаційних збурень.

Для жорсткого режимусамозбудження характерним є розташування РТ в початковий момент на нижньому вигині ВАХ транзистора або на її початку, тобто за відсутності сигналу струм через транзистор майже не проходить. АХ підсилювача в цьому разі має S-подібний вигляд (рис. 7.2, в) і пряма 1/β може бути до неї дотичною в двох точках або перетинати її теж у двох точках. При меншому критичному значенні коефіцієнта 33 β_kp1 і автогенерація не виникає. Початкова автогенерація може виникнути лише за умови, що пряма 1/β стане дотичною до АХ на початковій її ділянці, тобто при β_кр2,.

Для виникнення коливань при жорсткому режимі потрібен більш сильний критичний 33, при якому генератор стрибком переходить у режим самозбудження. Після встановлення коливань зменшення коефіцієнта 33 приводить до зростання стаціонарної амплітуди коливань (рис. 7.2, г) у повній відповідності з ходом АХ підсилювача. При досягненні ж коефіцієнтом 33 значення β_к_p1 . відбувається різкий зрив коливань.

При коефіцієнтах 33, що лежать у межах від β_к_p1 до β_к_p2 пряма 1/β перетинає АХ в двох точках (див. рис. 7.2, в). Точка а практично нічим не відрізняється від відповідної точки для м'якого режиму. В точці ж b робота каскаду нестійка, оскільки зменшення амплітуди U_вх сприяє подальшому зниженню амплітуди коливань до нуля, а збільшення — її зростанню, що переводить систему в точку а.

Характерна особливість жорсткого режиму полягає в тому, що генератор не може збудитися від флуктуаційних збурень. Для його збудження потрібно або збільшити коефіцієнт 33, щоб перевищити значення β_к_p2, або створити початкове коливання на вході з амплітудою, яка перевищує U_вх_b.

Як у м'якому, так і в жорсткому режимах установлення стаціонарної амплітуди коливань відбувається внаслідок не лінійності АХ підсилювача, а стаціонарна амплітуда та форма струму в транзисторі залежать від коефіцієнта ?. Відповідно до форми струму і значення кута його відсікання розрізняють недонапружений, критичний та перенапружений режими роботи транзистора, що відповідають аналогічним режимам роботи нелінійних резонансних підсилювачів.

Робочу точку транзистора можна встановити за межами початкової ділянки його ВАХ так, щоб АХ нелінійного підсилювача починалася не з нуля (див. рис. 7.2, в). У такому випадку його самозбудження неможливе при будь-якому коефіцієнті 33 (режим роботи автогенератора називається очікувальним). Самозбудження можливе лише при β = β_к_p2 (рис. 7.2, г) і наявності зовнішнього сигналу з напругою U_с > U_вх1.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
	\|	Автогенератори з коливальним контуром

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.