Условия самовозбуждения автогенераторов

Генераторы сигналов

1. Генераторы гармонических колебаний – это устройства, преобразующие энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и мощности.
2. Генераторы классифицируются:

a) В зависимости от частоты:

Ø Низкочастотные (0,01 – 100 кГц);

Ø Высокочастотные (0,1 – 100 МГц);

Ø Сверхвысокочастотные > 100 МГц;

b) В зависимости от способа возбуждения:

Ø С независимым возбуждением;

Ø С самовозбуждением (автогенераторы);

 

Условия самовозбуждения автогенераторов

Структурная схема автогенератора имеет вид:

 

Состоит из усилителя с коэффициентом усиления и звена положительной обратной связи

Коэффициенты и зависят от частоты и являются комплексными числами.

В качестве звеньев ОС используются частотно зависимые цепи: LC-контуры, либо RC-четырехполюсники.

Если и представляют колебания синусоидальной формы, то устойчивый стационарный режим, при котором амплитуды возможен при условии – условие самовозбуждения.

Действительно:

Откуда следует:

где и – модули коэффициентов усиления,

и – аргументы этих коэффициентов.

Равенство = 1 выполняется при следующих условиях:

1)

2)

где

Условие 1 называется условием баланса амплитуд. Оно соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются звеном ПОС от источника питания.

Условие 2 называется условием баланса фаз. Оно свидетельствует о наличии положительной обратной связи.

Определим зависимости частоты возбуждаемых колебаний и формы выходного напряжения автогенератора от его параметров.

 

Схема LC-генератора на ОУ

 

По первому закону Кирхгофа

Т. к.

Это дифференциальные уравнения затухающих колебаний.

Введем обозначения:

и , тогда

Это дифференциальное уравнение имеет решение:

Возможны три характерных случая:

1. , т. е.

Амплитуда выходного сигнала падает по экспоненциальному закону. Колебания затухающие.

1. ,

Возникают устойчивые синусоидальные колебания с частотой :

1. , т. е.

Амплитуда выходного напряжения нарастает по экспоненциальному закону.

Вывод: самовозбуждение при включении питания возможно только при условии Для того, чтобы колебание было синусоидальным, необходимо в дальнейшем осуществить регулировку . Т. е., чтобы

Существуют два режима самовозбуждения:

1. «Мягкий».
2. «Жесткий».

При «мягком» режиме возбуждения в момент включения источника питания. Случайно возникающее возмущение усиливается и через цепь ОС подается опять на вход в фазе со входным. Происходит лавинообразный процесс нарастания выходного сигнала. Когда перегрузится (режим насыщения), будет уменьшаться, пока не станет равным

При «жестком» режиме в момент включения питания. Для возбуждения необходимо дополнительный сигнал. тогда .