Генераторы сигналов
- Генераторы гармонических колебаний – это устройства, преобразующие энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний синусоидальной формы требуемой частоты и мощности.
- 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:
- , т. е.
Амплитуда выходного сигнала падает по экспоненциальному закону. Колебания затухающие.
- ,
Возникают устойчивые синусоидальные колебания с частотой :
- , 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:
- «Мягкий».
- «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 .