Генераторы

особенностью всех генераторов.
коэффициент усиления любого усилителя с обратной связью
КОС=

К / (1 ± Kγ),
К - коэффициент усиления без обратной связи,
γ - величина, показывающая какая часть выходного сигнала возвращается на вход,
«+» в знаменателе - при ООС, «-» - ПОС. В случае ПОС может выполняться условие 1 - Kγ = 0 или Kγ = 1, которое дает бесконечное значение для КОС. Это означает, что усилитель создает выходной сигнал в отсутствие входного, что и является условием генерации. γ и K зависят от частоты и являются комплексными числами. Условие генерации Kγ = 1, ϕ + ψ = 2πn,
где K и ϕ, γ и ψ - соответственно модуль и фаза коэффициента передачи усилителя и цепи обратной связи, n = 0, 1, 2, 3...
Эти выражения называются соответственно условиями баланса амплитуд и баланса фаз.

Если условие самовозбуждения (генерации) выполняется только для одной частоты, то на выходе генератора поддерживается синусоидальное напряжение этой частоты (именно это характерно для генераторов гармонических колебаний). Если это условие выполняется для нескольких частот, то выходное напряжение оказывается несинусоидальным, в нем имеется несколько гармоник.
Из этого следует, что генератор гармонических колебаний должен содержать по крайней мере одну частотно-избирательную цепь, которая бы обеспечивала выполнение условия самовозбуждения на заданной частоте. В зависимости от вида частотно-избирательной цепи, использующейся в гене­раторе, генератор относят к тому или иному типу. По виду используемой цепи разделяют LC-, RC- и кварцевые генераторы, в которых используются квар­цевые резонаторы. В некоторых схемах совместно используются кварцевые резонаторы и LC-контуры.

Генераторы с RC-фазосдвигающими цепочками.

 

RC-генераторов. Обладает хорошей стабильностью частоты и может давать очень малые

искажения, кроме того, фильтр легко перестраивается.

LC-генераторы

 

емкостной. В схемах генераторов три вывода LC-контура подключают к трем

выводам транзисторов.
На рис. показаны схемы генераторов с индуктивной и с емкост­ной трехточкой.

На рис. 1 источник питания UПИТ подключен к части витков катушки индуктивности L, что уменьшает его шунтирующее действие и повышает добротность колебательного контура LC1. Сопротивление разделительного конденсатора С2 на частоте колебаний близко к нулю. На рис. 2 показан генератор, собранный по схеме емкостной трехточки. В нем напряжение обратной связи снимается с конденсатора С2. Энергия, поддерживающая автоколебания, вводится в форме тока IЭ. Для уменьшения шунтирующего действия транзистора он подключен к контуру через емкостной делитель напряжения.
Перестройку частоты автоколебаний осуществляют изменением емкости конденсатора, включенного в колебательный контур. В качестве такого конденсатора используется варикап и перестройка частоты осуществляется электрическим путем. Изменяя приложенное к нему постоянное напряжение, изменяют его емкость, и, соответственно, резонансную частоту контура, Относительная нестабильность частоты у автогенераторов 10-3 ÷ 10-5.

Генераторы прямоугольных импульсов

В электронной технике широко применяются устройства, форма выходного напряжения которых резко отличается от синусоидальной. Такие колебания называют релаксационными, мультивибратор - разновидность одного из релаксационных генераторов. Мультивибратор (от латинских слов multim - много и vibro - колеблю) - релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи (ПОС).
Генераторы импульсных сигналов могут работать в одном из трех режимов: автоколебательном, ждущем или синхронизации.
В автоколебательном режиме генераторы непрерывно формируют импульс­ные сигналы без внешнего воздействия. В ждущем режиме генераторы форми­руют импульсный сигнал по приходу внешнего (запускающего) импульса. В режиме синхронизации генераторы вырабатывают импульсы напряжения, частота которых равна или кратна частоте синхронизирующего сигнала.
Сущность работы мультивибратора - переключение энергии конденсатора С с заряда на разряд, от источника питания к резистору R. Переключение осуществляется с помощью электронных ключей.
Мультивибратор можно построить на базе биполярных и полевых транзисто­ров, операционных усилителей, таймеров, потенциальных логических элементов или специализированных интег­ральных микросхем. Последний вариант наибольшее распространение.

прикладывается напряжение, выходной сигнал ОУ выходит на положительное насыщение (каким

образом это произойдет - неваж­но). Конденсатор начинает заряжаться до напряжения Uвхвыкл с постоянной времени, равной τ = RC. Когда напряжение конденсатора достигнет напряжения UвхвыклR1/(R1+R2), ОУ переключается в состояние отрицательного насыщения (он включен как триггер Шмитта) и конденсатор начинает разряжаться до UвхвклR1/(R1+R2) с той же самой постоянной времени. Цикл повторяется с независящим от напряжения питания периодом Т =1/2,2RC.

Функциональные генераторы

одновременно вырабатывает коле­бания различных видов: прямоугольные, треугольные, синусоидальные, можно реа­лизовать на ОУ. Генерация переменного напряжения треугольной формы осущест­вляется по простой схеме с помощью интегратора и триггера Шмитта. В свою очередь, используя простой блок формирования синусоидальной функции (напри­мер, фильтр нижних частот) из треугольного напряжения можно получить синусо­идальное.

применяют для получения колебаний стабильной частоты. Кварцевый резонатор является высокодобротным

фильтром, частотные свойства которого определяются геометрическими размерами и типом колебаний пластины.
Применение кварцевых резонаторов позволяет обеспечить относительное изменение частоты, не превышающее 10-6÷10-9, что на несколько порядков лучше соответствующих параметров LC- и RС-генераторов.
Для изготовления кварцевых резонаторов используют природный или искус­ственный монокристаллический кварц. В нем существуют прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты. Прямой пьезоэффект характеризуется тем, что при приложении к пластине кварца механического напряжения на обкладках появляется электрический заряд пропорциональный приложенному напряжению. Обратный пьезоэффект сводится к тому, что приложенное к пластине электрическое напряжение приводит к возникновению механических напряжений, изменяющих форму и размеры пластины. Механические колебания кварца возможны на резонансной частоте кварца, определяемой его геометрическими размерами.
Помещая на поверхность кристалла контакты, можно превратить его в схемный элемент, эквивалентный RLC-схеме, заранее настроенный на определенную частоту. Эквивалентная схема этого элемента содержит два конденсатора (рис. а), дающих пару близко расположенных резонансных частот - последовательного и параллельного резонанса (рис. б), отличающихся друг от друга не более чем на 1%. Высокая добротность кварцевых резонаторов (обычно около 10000) и хорошая стабильность делают эффективным его применение как задающего элемента в генераторах и фильтрах с улучшенными параметрами.

В схемах кварцевых генераторов, как и в LС-генераторах, вводят положительную обратную связь и обеспечивают надлежащее усиление на резонансной частоте, что обеспечивает автоколебания. Их можно выполнять по схемам, использующим как последовательный, так и параллельный резонансы в электрической цепи. На практике используют оба вида резонансов. Возможно, также в небольших пределах регулировать частоту, на которой возбуждается кварцевый резонатор, включением последовательно или параллельно с ним конденсаторов.