ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.
Генераторы гармонических сигналов предназначены для преобразования энергии источника питания в энергию электрического сигнала синусоидальной формы требуемой частоты и мощности. На практике, часто, такой генератор представляет собой ОУ охваченный глубокой положительной обратной связью с коэффициентом передачи b+ (см.рис.26). для схемы входное и выходное напряжения связаны соотношениями :
Uвх = b+ Uвых,
Uвых = К0 Uвх
откуда Uвых = К0b+ Uвых, справедливое при К0b+≥1.
Выполнение последнего условия обеспечивает в автогенераторе незатухающие колебания. Величины К0 и b+ в уравнении являются комплексными, поэтому можно записать
К0 b+= К0 ℓјφ · b+ℓјψ = 1
Последнее выполняется при двух условиях:
φ + ψ = 0 – условие баланса фаз автогенератора,
К0 b+ = 1– условие баланса амплитуд.
Условие баланса фаз означает, что в схеме существует положительная обратная связь. Условие баланса амплитуд соответствует тому, что энергия, теряемая в генераторе за одно колебание, восполняется энергией от источника питания. Выполнение условий баланса фаз и амплитуд обеспечивает возникновение сигналов генератора сложной формы, состоящих из большого числа гармонических составляющих. Для возникновения сигнала генератора нужной частоты обеспечивают
выполнение условий баланса фаз и амплитуд, только для частоты f0, путем включения частотно-зависимых схем, например, Т-образного моста.
Пример выполнения автогенератора гармонических колебания с Т-образным мостом
приведен на рис.27. положительная ОС создается резисторами R3 и R4 ,
отрицательная ОС – резонаторами R2 и R1, которые обеспечивают условие
самовозбуждения генератора: баланс
амплитуд К0b+= - (R2/ R1)·b+ ≥ 1;
Рис. 27. Схема генератора с Т-мостом баланс фаз φ + ψ = 0 ( φ и ψ = 0).
Поскольку в автогенераторе в цепь отрицательной обратной связи включен Т- образный мост, то условия самовозбуждения генератора выполняются только для одной резонансной частоты ƒ0=1/2пRC.
Приведенная на рис.27 схема относится к генераторам RC- типа, применяемых для возбуждения гармонических сигналов низких и средних частот (условно до 300 кГц). Электрические сигналы более высоких частот (условно выше 300 кГц) создаются генераторами LС – типапримером которых может служить схема, представленная на рис.28.
Усилитель в схеме LC- генератора рис.28 выполнен на базе УОЭ с транзистором п – р – п типа (см.рис.6). назначение всех элементов УОЭ известно (см. п.1.4), вместо коллекторного сопротивления RК включен дроссель LДР., выполняющий функцию Rк в УОЭ по переменному току и обеспечивающий RК = 0 по постоянному току, чтобы уменьшить потери энергии. ОС выполняется
Рис.28. Схема LC-генератора Рис. 29. Кварц: а – графическое
обозначение; б – эквивалентная схема
за счет магнитной связи М контура LКСК , включенного между выходом УОЭ и катушкой Lб входной цепи УОЭ. Условие баланса амплитуд обеспечивается правильным выбором Кub≥1, где КИ – коэффициент усиления УОЭ,
b = - коэффициент магнитной связи, М , Lб , LК - cоответственно взаимная индуктивность и индуктивность катушек. Условие баланса фаз обеспечивается φ+ ψ = 0 за счет положительной ОС:
φ = 1800 для УОЭ, ψ = 1800 из-за обратной намотки катушек индуктивности LК и Lб (на рис.28 начало обмоток обозначены «*»). Частота гармонического сигнала генератора определяется резонансной частотой контура ƒ 0= .
Важным параметром генератора является коэффициент нестабильности частотыɣ= , показывающий уход частоты ∆ƒ относительно рабочей f0 за промежуток времени из-за температурной нестабильности элементов схемы. У обычных генераторов ɣ ≈10-5. На практике в высокоточной схемотехнике (например, высокоточный счет времени) необходимо обеспечить ɣ ≈10-7÷10-8. В таких случаях применяют кварцевые резонаторы – «кварцы», представляющие собой кварцевую пластину, обладающую пьезоэффектом и закрепленную в кварцедержателе (рис.29а).
Кварцевый резонатор эквивалентен электрическому колебальному контуру. Эквивалентная схема кварцевого резонатора изображена на рис.29.б. Как видно, кварц эквивалентен последовательно включенным элементам LКВ,RКВ,CКВ, а в такой цепи может быть резонанс напряжения с частотой ωН = . Индуктивность кварца LКВ может быть значительной – от десятков микрогенри до нескольких миллигенри. Емкость кварца СКВ мала (сотые доли пикофарад). Кварцевый резонатор обладает острым резонансом, что свидетельствует о небольшом сопротивлении RКВ, порядка единиц Ом. Поэтому добротность кварца достигает 105 – 106, т.е. она на два-три порядка больше добротности контуров, выполненных на дискретных элементах – индуктивной катушке и конденсаторе.
Так как кристалл кварца помещают в кварцедержатель, который обладает емкостью С0, равной нескольким десяткам пикофарад, то в кварцевом резонаторе возможен и резонанс токов с частотой ωr= , где
Сэк=С0СКВ/(С0+СКВ). Частоты ωн и ωт мало отличаются друг от друга, что обеспечивает высокую стабильность частот генератора. Кварц может быть включен, например, в цепь LК СК контура рис.28.
Дата добавления: 2022-02-05; просмотров: 508;