Краткие теоретические сведения. Генератор – это устройство, вырабатывающие электрические колебания определенной частоты и формы

Генератор – это устройство, вырабатывающие электрические колебания определенной частоты и формы. Генераторы широко используются в радиотехнике, телевизионной технике, в системах связи, в компьютерах, в промышленных системах управления и в устройствах полного измерения времени.

Генератор синусоидальных колебаний – это устройство, которое генерирует периодический сигнал переменного тока в напряжение, близкое к синусоидальной форме. Частота сигнала может изменяться от нескольких герц (Гц) до многих миллионов герц.

Выходное напряжение генератора может быть синусоидальным, прямоугольным или пилообразным в зависимости от типа генератора. Когда колебательный контур возбуждается внешним источником постоянного тока, в нём возникают колебания. Эти колебания являются затухающими, поскольку активное сопротивление колебательного контура поглощает энергию тока. Для поддержания колебаний в колебательном контуре, поглощённую энергию необходимо восполнять. Это осуществляется с помощью положительной обратной связи. Положительная обратная связь – подача в колебательный контур части выходного сигнала для поддержки колебаний. Сигнал обратной связи должен совпадать по фазе с сигналом в колебательном контуре.

На рис. 7.2.28 изображена блок-схема генератора, состоящего из трёх частей. Частотно-задающей цепью генератора является LC-колебательный контур.

 

	Колебательный контур		Усилитель

 

 

а) б)

 

Рис. 7.2.28. а) блок – схема генератора синусоидальных колебаний;

б) структурная схема генератора

 

Усилитель увеличивает амплитуду выходного сигнала колебательного контура. Цепь обратной связи подаёт необходимое количество энергии в колебательный контур для поддержки колебаний, таким образом, генератор – это схема с обратной связью, которая использует постоянный ток для получения колебаний переменного тока.

Тремя основными типами генераторов синусоидальных колебаний являются LC-генераторы, кварцевые генераторы и RC-генераторы.

LC-генераторы используют колебательный контур из конденсатора и катушки индуктивности, соединённых либо параллельно, либо последовательно, параметры которых определяют частоту колебаний.

Кварцевые генераторы подобны LC-генераторам, но обеспечивают более высокую стабильность колебаний. LC-генераторы и кварцевые генераторы используются в диапазоне радиочастот, они не подходят для работы на низких частотах. На низких частотах работают RC-генераторы, в которых для задания частоты колебаний используется резистивно-емкостная цепь.

В лабораторной работе используется RC-генератор с фазосдвигающей цепью.

Генератор с фазосдвигающей цепью – это обычный усилитель с фазосдвигающей RC-цепью обратной связи (рис. 7.2.29).

 

Рис. 7.2.29. Схема RC-генератора

 

Обратная связь должна сдвигать фазу сигнала на 180⁰. Так как ёмкостное сопротивление изменяется при изменении частоты, то эта компонента чувствительна к частоте. Стабильность улучшается при уменьшении величины фазового сдвига на каждой RC-цепочке. Однако на комбинации RC-цепочек имеют место потери мощности. Для компенсации этих потерь транзистор должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления. Для выполнения лабораторной работы собирается схема, приведённая на рис. 7.2.30.

 

 

Рис. 7.2.30. Схема включения генератора синусоидальных колебаний

 

Параметры схемы следующие: C4 = C5 = C6 = 0, 22мкФ. При исследовании режимов работы генератора используется осциллограф. Выбором резистора R32 добиваются режима устойчивых колебаний и определяют частоту и амплитуду синусоидальных колебаний. Для осуществления автоколебательного режима в генераторе синусоидальных колебаний должны выполняться два условия:

где K_u – коэффициент усиления по напряжению;

K_oc – коэффициент обратной связи.

j_к + j_oc = ,

где j_к – сдвиг фаз усилителя;

j_oc – сдвиг фаз цепи обратной связи;

n = 0, 1, 2, 3….. и т.д.

Первое условие называется условием баланса амплитуд, второе – условием баланса фаз.

Наиболее широкое применение находят RC-автогенераторы, в которых используют последовательно параллельную частотно-избирательную цепь RC. Резонансная частота этой цепи определяется:

,

так как R = R = 600 Ом, C₄ = C₅, то получим:

.

Амплитудночастотная и фазочастотная характеристики генератора представлены на рис. 7.2.31.

а) б)

 

 

Рис. 7.2.31. а) амплитудночастотная характеристика;

б) фазочастотная характеристика

 

Следовательно, для выполнения условий самовозбуждения, усилительное звено RC-автогенератора должно обеспечивать фазовый сдвиг равный 2p, поскольку j_ос = 0, и иметь коэффициент усиления больше трёх, так как К_ос = 1/3, при частоте f₀.