КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Электронные генераторы гармонических сигналов
Электронным генератором называется устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию переменного тока определенной формы и частоты с помощью электронных приборов. Электронные генераторы находят широкое применение в различных областях техники и в быту. Впервые их начали применять в радиопередающих устройствах для связи и радиовещания. Электронные генераторы используют для решения всевозможных технических задач, таких как высокочастотная закалка и сушка, разупрочнение мерзлых пород, влагометрия. Наконец, электронные генераторы начали использовать и в быту - в качестве примера можно назвать микроволновые печи, обладающие определенными преимуществами при приготовлении пищи. Электронные генераторы можно классифицировать по различным признакам: по способу возбуждения - с посторонним возбуждением и самовозбуждением (автогенераторы); по форме генерируемых колебаний - генераторы гармонических (синусоидальных) колебаний и несинусоидальных (релаксационных) колебаний; по диапазону генерируемых частот - низкочастотные (до 100 кГц), высокочастотные (100 кГц-100 МГц), генераторы сверхвысоких частот (СВЧ) - свыше 100 МГц,. генераторы оптического диапазона. Электронные генераторы с постоянным возбуждением, по существу, являются избирательными (резонансными) усилителями. Генератор с самовозбуждением называется автогенератором. По принципу действия автогенераторы можно разделить на три вида: 1) автогенераторы с положительной обратной связью - такие генераторы имеют наибольшее распространение; 2) генераторы с отрицательным сопротивлением, например, построенные на туннельных диодах; 3) автогенераторы, в которых используется устройство, сопротивление которого в процессе работы изменяется скачком (например, электронный прибор в ключевом режиме).
Рассмотрим принцип действия автогенератора с положительной обратной связью (рис. 108).
Рис. 108. Структурная схема усилителя с разомкнутой цепью обратной связи (а) и превращение его в автогенератор (б) Коэффициент усиления по напряжению k = Uвых / Uвх, коэффициент обратной связи β = Uо.с / Uвых; Uо.с - напряжение обратной связи. Из выражений для К и β следует, что Uо.с = β Uвых = βk Uвх. Если за счет подбора β добиться, чтобы βk = 1, то Uo.c = Uвх. Если при выполнении этих условий отключить напряжение Uвх от постороннего источника и подключить на вход усилителя Uо.c = Uвх, то усилитель будет в тех же условиях, в каких он находился, когда на его вход подавалось напряжение от постороннего источника, и, таким образом, усилитель превращается в автогенератор. Выполнение условия Uo.c = Uвх называется выполнением условия баланса амплитуд. Кроме выполнения этого условия для превращения усилителя в автогенератор необходимо также выполнение условия баланса фаз, при котором напряжение Uo.c совпадает по фазе с напряжением Uвx. При этом потери энергии в автогенераторе восполняются через цепь обратной связи от источника питания автогенератора. Колебания на выходе схемы поддерживаются в такт (в фазе) колебаниям, поступающим на вход через цепь обратной связи. При β < 1 / k напряжение на входе через цепь обратной связи окажется слишком малым и колебания на входе прекратятся. При β > 1 / k напряжение на выходе будет возрастать до тех пор, пока нелинейность вольт-амперной характеристики усилителя не приведет к уменьшению k до значения, при котором будет выполняться условие Uо.c = Uвх. Если условия баланса амплитуд и фаз выполняются для одной частоты, автогенератор будет генерировать гармонические колебания. Если условия выполняются для полосы частот, то в генераторе будут возникать несинусоидальные колебания.
При использовании в генераторе LC колебательного контура образуются LC-автогенераторы, работающие на высоких частотах. В случае применения в качестве элементов схемы резисторов и конденсаторов образуются RC-автогенераторы, используемые для генерирования низких частот. На рис. 109 показана упрощенная схема LC-авто-генератора синусоидальных колебаний с индуктивной обратной связью. Она состоит из транзистора типа п-р-п, колебательного контура LKCK, катушки обратной связи Lо.c и источника питания Еп. При замыкании ключа К напряжение источника питания вызывает коллекторный ток, который из-за индуктивности катушки LK будет нарастать постепенно, при этом заряжается конденсатор Ск. В генераторе используется контур с малыми потерями, т.е. с высокой добротностью, поэтому разряд конденсатора через катушку LK будет носить колебательный характер. Переменный ток в контуре через взаимоиндукцию М возбудит напряжение в катушке обратной связи Lк, которое попадет на базу транзистора и вызывает пульсацию тока базы и коллекторного тока. Переменная составляющая коллекторного тока создаст переменное напряжение на колебательном контуре, которое при выполнении условий баланса фаз и амплитуд превратит колебания в контуре в незатухающие.
Рис. 109. Упрощенная схема LС-автогенератора Частота возникающих колебаний определяется частотой собственных колебаний контура
При необходимости построения автогенераторов в диапазоне низких частот использование LC-колебательных контуров нецелесообразно, так как такие контуры становятся громоздкими и имеют добротность меньшую, чем необходимо для самовозбуждения генератора. Генераторы самовозбуждения низкой частоты строят по другим схемам и в качестве цепей обратной связи используют элементы в виде резисторов и конденсаторов. В схеме RC-автогенератора с двойным Т-образным мостом (рис. 110) на очень низких частотах, при ω → ∞ коэффициент обратной связи β→ 1, так как сопротивления конденсаторов становятся большими и все напряжение ивых через один «верхний» Т-образный мост (R, 2C, R) передается на вход в виде напряжения обратной связи ио.с. На очень высоких частотах при ω → ∞ коэффициент β→ 1, так как сопротивления конденсаторов становятся малыми и все напряжение с выхода схемы через «нижний» Т-образный мост (С, R/2, С) передается на ее вход.
На квазирезонансной частоте ω = 1/RC (когда реактивное сопротивление 1/ω0С становится равным R) общий коэффициент передачи β = 0, так как на этой частоте каждый из одинарных Т-образных мостов, из которых состоит двойной Т-образный мост, имеет равные по модулю и противоположные по фазе коэффициенты передачи и их выходные токи взаимно компенсируются, так что ио.с = 0. На этой частоте в RС-автогенераторе возбуждаются колебания.
Рис. 110. Схема двойного Т-образного моста
Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 1345; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |