Самовозбуждение генератора

ГЕНЕРИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ

Устройства, предназначенные для соз­дания электрических колебаний, называют генераторами. С точки зрения режима работы их разделяют на автогенераторы и генераторы с внешним возбуждением.

Автогенератор (часто, просто генератор) устройство, преобразующее энер­гию постоянного тока в энергию электрических колебаний требуемой частоты и формы.

Генератор с внешним возбуждением (в импульсной технике — ждущий ге­нератор) переходит в режим генерации, формирования, или усиления электри­ческих колебаний только при поступлении на его вход сигналов возбуждения (запуска).

В зависимости от формы вырабатываемых напряжений различают генераторы гармонических и релаксационных (импульсных) колебаний. Генератор гармониче­ских колебаний (к ним относятся и генераторы СВЧ колебаний) вырабатывает сиг­нал, в спектре которого присутствует практически одна гармоника. Выходные коле­бания релаксационного генератора содержат широкий спектр гармонических со­ставляющих, часто имеющих соизмеримые амплитуды. Можно отметить и генера­торы линейных пилообразных напряжений, которые относятся к релаксационным. Особую группу представляют автогенераторы случайных колебаний (сигналов) — шумовые генераторы, рассматриваемые здесь схематично.

Независимо от назначения, принципа действия и схемотехнического выпол­нения автогенератор любых перечисленных колебаний (кроме параметри­ческих схем) состоит из нелинейного усилителя, цепи положительной обратной связи (ОС) и источника питания постоянного тока. Форма и частота выходных колебаний определяется только параметрами самого автогенератора, между тем как в генераторе с внешним возбуждением амплитуда и частота колебаний навя­зываются извне.

Генератор гармонических колебаний должен обязательно содержать узкополос­ную колебательную систему. Принцип действия релаксационных генераторов осно­ван на зарядно-разрядных или накопительно-поглощающих явлениях, протекающих в широкополосных энергоемких цепях положительной обратной связи.

Самовозбуждение генератора

Рассмотрим условия самовозбуждения генератора гармонических колебаний. Для процесса возбуждения и генерации колебаний часть их мощности с выхода усилителя (точнее, с колебательной системы) подается на его вход по цепи поло­жительной ОС. Говоря другими словами, подобное устройство «возбуждает само себя» и поэтому называется генератором с самовозбуждением.

Механизм возникновения колебаний можно упрощенно трактовать следующим образом. При запуске в колебательной системе автогенератора самопроизвольно возникают слабые свободные колебания, обусловленные включением источников питания, замыканием цепей, скачками токов и напряжений в усилительном приборе и т. д. Благодаря специально введенной цепи положительной ОС, часть энергии ко­лебаний, возникающих на выходе усилителя, поступает на его вход. Ввиду наличия узкополосной (обязательно высокодобротной) колебательной системы описанные процессы происходят на одной частоте ω_р и резко затухают на других частотах.

Вначале, после включения питания автогенератора, усиление сигнала проис­ходит в линейном режиме, а затем, по мере роста амплитуды колебаний, суще­ственную роль начинают играть нелинейные свойства усилительного элемента. В результате амплитуда выходных колебаний генератора, нарастая, достигает некоторого установившегося уровня и остается практически неизменной. Энер­гия, отбираемая у источника постоянного тока усилителем схемы за один пери­од колебаний, оказывается равной энергии, расходуемой за то же время в на­грузке. В этом случае говорят о стационарном режиме работы автогенератора.

Рис. 27. Обобщенная структурная схема автогенератора

Автогенератор гармонических колебаний (как, впрочем, и колебаний любой формы и частоты) можно представить обобщенной структурной схемой (рис. 27),состоящей из нелинейного усилителя с комплексным
коэффициентом усиления К = К (jω) и цепи положительной ОС с комплексным коэффициентом передачи по напряжению β = β(jω).

Как следует из соотношения (38), автогенератор будет работать в стацио­нарном режиме при условии, что

К β=1. (39)

Если же К β > 1, то амплитуда выходных колебаний будет непрерывно на­растать.

Наиболее часто в автогенераторах гармонических колебаний в качестве узко­полосных колебательных систем используются резонансные LС -контуры и частотно-зависимые (фазирующие) RС -цепи. Автогенераторы гармонических ко­лебаний с упомянутыми резонансными контурами называют LС -генераторами, а с фазирующими RС -цепями — RС -генераторами. LС -генераторы способны выра­батывать колебания достаточно высокой частоты (более 100 кГц), а RС -генераторы используются для создания гармонических колебаний низ­кочастотного диапазона (от десятков кГц до единиц и даже долей Гц).

Дата добавления: 2015-07-15