...

1. Загальні відомості

Генератором називають електронний пристрій, що формує змінну напругу необхідної форми і є перетворювачем електричної енергії джерела постійного струму в енергію електричних коливань заданої частоти.

За формою вихідних коливань генератори можна розділити на дві основні групи: генератори імпульсів і генератори гармонійних (синусоїдальних) коливань.

Імпульсні генератори залежно від форми вихідної напруги ділять на генератори напруги прямокутної форми, напруги експонентної форми, напруги пилкоподібної форми, що лінійно змінюється напруги й ін.

Генератори синусоїдальних коливань за видом використовуваного частотно-вибіркового кола підрозділяють на LC-генератори, RC-генератори й кварцові генератори.

Залежно від частоти генератори підрозділяються на низькочастотні (від 10 Гц до 100 кГц), високочастотні (від 100 кГц до 100 МГц) і надвисокочастотні (понад 100 МГц). Звичайно для одержання коливань високої частоти застосовують LC-генератори й генератори із кварцовою стабілізацією частоти, а в якості низькочастотних – RC-генератори.

2. Структурна схема

Основою будь-якого автогенератора електричних коливань є підсилювач, охоплений колом позитивного зворотного зв'язку (ПЗЗ), при цьому частина вихідної напруги через ланцюг ПЗЗ (рис. 7.1) надходить на вхід підсилювача у фазі з вхідною напругою, тобто

                                     U_ос = U_вх.

Рис. 7.1. Структурна схема генератора синусоїдальних коливань.

Умовою виникнення в генераторі незатухаючих електричних коливань є:

− умова балансу амплітуд k_U⋅β = 1;
− умова балансу фаз φ_U + φ_β = 2π⋅n,

де k_U - коефіцієнт підсилення підсилювача; β - коефіцієнт передачі кола ПЗЗ; n = = 0, 1, 2, 3, …

3. LC-генератори

LC-генератор призначений для генерування сигналів високої частоти. У якості ланцюга ПЗЗ LC-генератори містять резонансний LC-контур, що складається з паралельно включених котушки й конденсатора, параметри яких визначають резонансну частоту коливань вихідної напруги

                                     f₀ = 1/( 2π⋅√(L⋅C)).

Схема одного з варіантів LC-генератора з трансформаторним зворотним зв'язком наведена на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Схема LC-генератора з трансформаторним зворотним зв’язком.

Підсилювальний каскад виконаний на біполярному транзисторі VT за схемою із ЗЕ. Елементи R1, R2, R_e, C_e призначені для завдання режиму спокою й температурної стабілізації. Вихідний сигнал знімається з колектора транзистора VT через розділовий конденсатор C_р2. У колі колектора включений LC-контур L1C1, параметри якого задають частоту коливань. Котушка L2 являє собою коло ПЗЗ – за рахунок індуктивного зв'язку частина вихідної напруги з неї надходить до бази транзистора.

Як відомо, у підсилювальному каскаді із ЗЕ вихідна напруга протифазна до вхідної. Тому для забезпечення умови балансу фаз коло ПЗЗ повинне здійснювати поворот на 180° фази вхідного сигналу. Необхідне фазування напруги ЗЗ досягається відповідним підключенням виводів обмотки котушки L2.

4. RC-генератори

Для отримання гармонійних коливань низької частоти застосовують генератори, у яких частотно-залежні кола ЗЗ складаються з резисторів і конденсаторів. Застосування LC-кіл на низьких частотах недоцільно через великі габарити котушок індуктивності. Найбільш частіше в RC-генераторах застосовуються міст Віна й подвійний Т-подібний міст.

Схема моста Віна і його характеристики наведені на рис. 7.3, а. Частота генерації схеми дорівнює частоті

                                     f₀ = 1/( 2π⋅R⋅C).

де R1 = R2 = R і C1 = C2 = C.

Рис. 7.3. Частото-залежні кола RC-генераторів: а) міст Віна; б) подвійний Т-подібний міст.

На частоті f₀ коефіцієнт передачі кола зворотного зв'язка β має максимальне значення, а зсув фаз φ між вхідною й вихідною напругою дорівнює нулю.

Схема подвійного Т-подібного моста наведена на рис.7.3, б.

На квазірезонансній частоті f₀ коефіцієнт передачі подвійного симетричного Т-подібного моста дорівнює нулю (β = 0), фазовий зсув на цій частоті також дорівнює нулю (φ = 0). Зазначені властивості проявляються при певних співвідношеннях між параметрами схеми

                  R1 = R2 = R, R3 = R/2; C1 = C2 = C, C3 = 2С.

Частота квазірезонанса Т-подібного моста визначається вираженням

                                     f₀ = 1/( 2π⋅R⋅C).

Т.к. на частоті f₀ коефіцієнт передачі дорівнює нулю, подвійний Т-подібний міст необхідно включати в підсилювачі як коло ВЗЗ. Наприклад, в RC-генераторі на операційному підсилювачі міст підключений до інвертую чого входу (рис.7.4). За допомогою дільника R1R2 створюється необхідна ПЗЗ.

Рис. 7.4. Схема RC-генератора на ОП з подвійним Т-подібним мостом.

У схем RC-генератора з мостом Віна на операційному підсилювачі (рис. 7.5) коло ПЗЗ включене між виходом і неінвертуючим входом. Резистори R3 і R4 забезпечують необхідний коефіцієнт підсилення. Самозбудження генератора можливо при k_U > 3.

Рис. 7.5. Схема RC-генератора на ОП з мостом Віна.

5. Контрольні питання

1. Яке призначення мають генератори синусоїдальних коливань (ГСК)?
2. У якій смузі частот працюють низькочастотні генератори?
3. У якій смузі частот працюють високочастотні генератори?
4. Запишіть частоту коливань надвисокочастотних генераторів.
5. Сформулюйте і запишіть умову балансу амплітуд ГСК.
6. Сформулюйте і запишіть умову балансу фаз ГСК.
7. Яке призначення мають LC-генератори?
8. Яке призначення мають RC-генератори?
9. Запишіть формулу, за якою визначають частоту коливань вихідної напруги LC-генераторів.
10. Запишіть формулу, за якою визначають частоту коливань вихідної напруги RC-генераторів.
11. Приведіть схему моста Віна.
12. Приведіть амплітудно-частотну характеристику моста Віна.
13. Приведіть схему подвійного Т-подібного моста.
14. Приведіть амплітудно-частотну характеристику подвійного Т-подібного моста.

НАГОРУ