Генераторы гармонических колебаний. Общие сведения

Генераторы гармонических (синусоидальных) колебаний (ГСН) создают незатухающие электрические колебания синусоидального характера. Для этого используется энергия источника чаще всего постоянного тока.

В ГСН с внешним возбуждением входят резонансные цепи, колебания которых, возникшие под действием внешних сигналов, усиливаются и используются.

В ГСН с самовозбуждением (часто их называют автогенераторами) генерирование синусоидальных колебаний происходит без сигналов извне, в результате "самовозбуждения".

ГСН разделяются на низкочастотные (до 100кГц), высокочастотные (от 100кГц до 100МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 100МГц).

Любой автогенератор представляет собой усилитель, охваченный ПОС. В показанной схеме, учитывая, что напряжения и коэффициенты усиления имеют комплексный характер, можно написать:

= = , т.е. = , , или = 1. Это выражение является условием незатухающих колебаний генератора. Ему соответствует два уравнения: Кβ = 1 и

φ₁ + φ₂ = 2πn,

где φ₁ и φ₂ фазовый сдвиг, создаваемый усилителем и цепью ОС. Первое уравнение требует от усилителя такого коэффициента усиления, который полностью компенсирует все потери напряжения в цепи ПОС. Второе—требования к сдвигам по фазам: фазы должны быть такими, чтобы входное напряжение не работало "против" выходного.

Различают "мягкий" и "жесткий" режимы самовозбуждения. При мягком режиме достаточно выполнения предыдущих условий. При включении питания генератор начинает самостоятельно работать. При жестком режиме этого недостаточно. Необходимо еще в начальный момент подать на вход усилителя дополнительное напряжение.

Устройство должно генерировать только одну частоту. Поэтому в цепь ОС вставляют устройства, обладающие избирательными свойствами, например, параллельный колебательный LC –контур.

LC-генераторы.

Множество существующих схем LC—генераторов отличаются способами включения колебательного контура и создания ПОС. Популярна схема с колебательным контуром, подключенным тремя точками к остальной схеме (поэтому схема генератора называется трехточечной). Частота колебаний определяется собственной частотой резонансного контура.

При включении питания в контуре возбуждается частота

f₀ = . Поданная на базу транзистора, она усиливается и подаётся на выход и обратно на контур для поддержания колебаний. Важно, чтобы энергии усиленных колебаний хватило на поддержание колебаний. Разделительные емкости С_р не позволяют поступать в контур и на нагрузку постоянному току. Индуктивность L затрудняет прохождение колебаний через источник питания, который может иметь очень малое сопротивление переменному току.

В зависимости от характера элемента, подключаемого к базе (в данной схеме—индуктивность), трехточечные схемы бывают индуктивными или емкостными.

Для построения LC-генераторов гармонических колебаний удобно использовать интегральные операционные усилители.

Часто связь с транзистором осуществляют с помощью трансформатора.