..:: | Назад  | Содержание | Далее | ::..

2.1.1 Условия самовозбуждения генератора

Для процесса возбуждения и генерации колебаний часть их мощности с выхода усилителя (с колебательной системы) подается на его вход по цепи положительной ОС. 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 высокодобротной колебательной системы описанные процессы происходят на одной частоте ω_p 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. Если энергия, отбираемая у источника постоянного тока усилителем схемы за один период колебаний, оказывается равной энергии, расходуемой за то же время в нагрузке, то говорят о стационарном режиме работы автогенератора.

Автогенератор гармонических колебаний (и колебаний любой формы и частоты) можно представить обобщенной структурной схемой (рис. 1), состоящей из нелинейного усилителя с комплексным коэффициентом усиления K=K(jω) и цепи положительной ОС с комплексным коэффициентом передачи по напряжению β=β(jω).

Рисунок 2.1 - Обобщенная структурная схема автогенератора

В этой схеме генератора отмечены комплексные амплитуды следующих напряжений: входного − U_вх= U_вх (jω); выходного − U_вых= U_вых (jω); обратной связи − U_ос= U_ос (jω).

Выражение для напряжения ОС на любой частоте генерации имеет вид:

Uос= Uвх=β Uвых

(2.1)

Тогда выходное напряжение U_вых=K U_вх, или с учетом (2.1):

Uвых=Kβ Uвых

(2.2)

Как следует из соотношения (2.1), автогенератор будет работать в стационарном режиме при условии, что

Kβ=1

(2.3)

Если же Kβ>1, то амплитуда выходных колебаний будет непрерывно нарастать, что определяет необходимое условие самовозбуждения генератора.

Представим формулу (2.3) следующим образом:

(2.4)

Здесь K(ω)=K и β(ω)= β - действительные значения коэффициента усиления собственно усилителя (без цепи положительной ОС) и коэффициента передачи цепи положительной ОС; φ_k(ω)=φ_k и φ_β(ω)=φ_β - фазовые сдвиги, вносимые соответственно усилителем и цепью положительной ОС на текущей частоте ω.

В теории автогенераторов выражение (2.4) принято представлять в виде двух равенств:

Kβ= Kос=1	(2.5)
φk+φβ=2π n	(2.6)

где K_ос — коэффициент усиления усилителя с ОС;

n = 0, 1, 2, 3, ... — параметр.

Соотношение (2.5) определяет условие баланса амплитуд в автогенераторе. В стационарном режиме на генерируемой частоте коэффициент усиления усилителя с обратной связью K_ос равен единице.

Равенство (2.6) характеризует условие баланса фаз . Оно показывает, что в стационарном режиме суммарные фазовые сдвиги сигнала на частоте генерации, создаваемые усилителем и цепью положительной ОС, должны быть равны (или кратны) 2π . Следует отметить, что только условие баланса фаз позволяет определить частоту генерируемых колебаний.

В схемах автогенераторов гармонических колебаний, работающих в стационарном режиме, соотношения (2.5) и (2.6) выполняются на одной фиксированной частоте ω_p, которая является резонансной для узкополосной колебательной системы. При работе автогенератора негармонических колебаний условия (2.5) и (2.6) должны выполняться для некоторой полосы частот.

Наиболее часто в автогенераторах гармонических колебаний в качестве узкополосных колебательных систем используются резонансные LC-контуры (LС-генераторы) и частотно-зависимые (фазирующие) RС-цепи (RC-генераторы). LС-генераторы способны вырабатывать колебания высокой частоты (более 100 кГц), a RC-генераторы используются для создания гармонических колебаний низкочастотного диапазона (от десятков кГц до единиц и долей Гц).

..:: | Назад  | Содержание | Далее | ::..