РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ Автогенераторы гармонических колебаний

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. С. И. Баскаков «Радиотехнические цепи и сигналы» , 2003 г. 2. С. И. Баскаков «Радиотехнические цепи и сигналы. Руководство к решению задач» , 2002 г. 3. В. И. Нефёдов «Основы радиоэлектроники» , 2000 г. 4. В. И. Нефёдов «Основы радиоэлектроники и связи» , 2009 г. 5. М. Т. Иванов, А. Б. Сергиенко, В. Н. Ушаков, «Теоретические основы радиотехники» , 2002 г. 6. И. С. Гоноровский, М. П. Дёмин, «Радиотехнические цепи и сигналы» , 1994 г. 7. В. И. Каганов, «Радиопередающие устройства» , 2002 г.

Основные понятия о генераторах гармонических колебаний Автогенератор (или просто генератор) – устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электрических колебания требуемой формы и частоты. 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 вырабатывает сигнал, в спектре которого присутствует практически одна гармоника.

Классификация автогенераторов В зависимости от диапазона генерируемых частот автогенераторы делят на три большие группы: ü Низкочастотные; ü Высокочастотные; ü Сверхвысокочастотные. По использованию в составе радиотехнического устройства существует разделение автогенераторов по следующим признакам: Ø опорные или эталонные с повышенной стабильностью частоты, синхронизирующие работу всех звеньев и каскадов устройства; Ø диапазонные, перестраиваемые по частоте, в том числе и в составе синтезаторов частот.

Классификация автогенераторов По взаимодействию с другими узлами аппаратуры различают автогенераторы функционирующие в следующих режимах: v автономном режиме; v режиме синхронизации частоты внешним сигналом; v в составе схемы автоматической подстройки частоты. По типу полупроводникового усилительного прибора и схеме различают два основных типа автогенераторов: q на основе усилительного элемента (транзистора, электровакуумного прибора или интегральной микросхемы) с использованием резонатора и цепи положительной обратной связи; q с применением генераторного СВЧ-диода (диода Ганна, туннельного или лавинно-пролётного), т. е. двухполюсника с отрицательным дифференциальным сопротивлением в эквивалентной схеме.

Генераторы электрических колебаний Устройства, предназначенные для создания электрических колебаний, называют генераторами. С точки зрения режима работы их разделяют на автогенераторы и генераторы с внешним возбуждением. Поэтому автогенераторы, в отличие от генераторов с внешним возбуждением (усилителей мощности, в которых амплитуда и частота колебаний навязываются извне), часто называют генераторами с самовозбуждением.

Генераторы электрических колебаний Автогенератор (просто генератор) – устройство, преобразующее энергию постоянного тока в энергию электрических колебаний требуемой частоты и формы. Автогенератор можно считать источником электромагнитных колебаний, возбуждающихся самопроизвольно без внешнего воздействия. Генератор с внешним возбуждением (в импульсной технике – ждущий генератор) переходит в режим генерации, формирования, или усиления колебаний только при поступлении на его вход сигналов возбуждения (запуска).

Релаксационные генераторы Релаксационным называют генератор, вырабатывающий негармонические электрические колебания (импульсы) в результате быстрого высвобождения энергии, запасённой от источника постоянного тока. Такое преобразование энергии источника постоянного тока в энергию электрических колебаний происходит и в генераторах синусоидальных (гармонических) колебаний.

Релаксационные генераторы

Структурная схема автогенератора Обобщённая структурная схема автогенератора

Структурная схема автогенератора В этой схеме с помощью цепи ПОС часть мощности выходного сигнала из колебательной системы (колебательного контура) поступает на вход усилителя и после усиления в нём вновь возвращается в контур. При этом необходимо выполнение двух основных условий: 1. Количество дополнительной энергии, поступающей в контур, должно быть равно количеству энергии, теряемой в нём за счёт его активного сопротивления потерь элементов. 2. Дополнительные колебания, поступающие по цепи ПОС на вход усилителя, должны совпадать по фазе с основными колебаниями.

Эквивалентная структурная схема автогенератора В представленной схеме показаны комплексные амплитуды следующих напряжений:

Условия самовозбуждения автогенератора . . . . (1) . . . . (2) Автогенератор будет работать в стационарном режиме при условии, что . . . . (3)

Условия самовозбуждения автогенератора Представим формулу (3) следующим образом: Здесь: . . . . (4)

Условия самовозбуждения автогенератора В теории автогенераторов выражение (4) принято представлять в виде двух равенств: . . . . (5). . . . (6)

Условия самовозбуждения автогенератора •

Условия самовозбуждения автогенератора

Узкополосные колебательные системы в автогенераторах

. . . . (7)

Колебательный процесс в автогенераторе На основании первого закона Кирхгофа запишем уравнение токов для неинвертирующего входа ОУ: то . . . . (8) Выразим эти токи через соответствующие им напряжения . . . . (9)

Колебательный процесс в автогенераторе . . . (10)

Колебательный процесс в автогенераторе Обозначив эквивалентный коэффициент затухания во втором слагаемом ф-лы (10) как . . . (11) получим форму записи дифференциального уравнения, описывающего колебательный процесс в рассматриваемом автогенераторе:

Колебательный процесс в автогенераторе • . . . (13) . . . (14)

Варианты работы автогенератора а) Генерируется выходное гармоническое колебание с постоянной амплитудой и частотой

Варианты работы автогенератора б) Возникают выходные колебания, амплитуда которых нарастает по экспоненциальному закону

Варианты работы автогенератора в) Амплитуда выходных колебаний генератора затухает по экспоненциальному закону

Мягкий режим самовозбуждения автогенератора Графики амплитудной характеристики и линии обратной связи при мягком режиме самовозбуждения автогенератора

Мягкий режим самовозбуждения автогенератора

Жёсткий режим самовозбуждения автогенератора Графики амплитудной характеристики и линии обратной связи

Жёсткий режим самовозбуждения автогенератора

Трёхточечные автогенераторы гармонических колебаний Структурная схема трёхточечного автогенератора

Трёхточечные автогенераторы гармонических колебаний Индуктивная трёхточка

Трёхточечные автогенераторы гармонических колебаний Ёмкостная трёхточка

RC- генераторы а) б)

RC- генераторы а) б) RC- генератор с мостом Вина а) – схема; б) – частотная и фазовая характеристики

Кварцевая стабилизация частоты а) б) Кварцевый резонатор: а) – эквивалентная схема; б) – зависимость реактивного сопротивления от частоты

Кварцевая стабилизация частоты а) б) Схемы кварцевых автогенераторов: а) – кварц – аналог индуктивности; б) – кварц включён в мост Вина в качестве сопротивления