4_6_1

Генератором электрических сигналов называют устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний заданной формы, частоты и мощности.

В зависимости от формы выходного напряжения различают: генераторы гармонических колебаний (синусоидальной формы) и генераторы негармонических колебаний (импульсные или релаксационные генераторы).

Генераторы могут работать в одном из двух режимов: режим автоколебаний и ждущий режим (режим запуска внешними сигналами).

В зависимости от генерируемых частот генераторы гармонических колебаний подразделяют на низкочастотные (0,01 – 100 кГц), высокочастотные (0,1 – 100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц). В устройствах промышленной электроники используются в основном низкочастотные и высокочастотные генераторы, которые применяются в измерительных и регулирующих устройствах, в устройствах питания технологических установок ультразвуковой обработки материалов, а также в качестве задающих генераторов.

Как отмечалось (п.4.2.3), при охвате усилителя положительной обратной связью возможно самовозбуждение, так как коэффициент усиления на определенных частотах достигает бесконечно большого значения. Такая схема работает в автоколебательном режиме и является автогенератором. Таким образом, автогенератор гармонических колебаний представляет собой усилительное звено с коэффициентом усиления KU, охваченное положительной обратной связью с коэффициентом передачи напряжения ß (рис.4.69).

Рис.4.69 Структурная схема автогенератора

Напряжение, снимаемое с выхода звена обратной связи:

oc = вых (*) ,

а напряжение на выходе генератора:

вых = Uoc

или с учетом выражения (*),

вых = Uвых

Следовательно, установившиеся колебания будут существовать в схеме при условии, что

U = 1 (**)

При U > 1 амплитуда колебаний будет непрерывно возрастать.

Условие (**) можно записать следующим образом:

KUßе[j(φk + φß)] = 1 , (***)

где φ – сдвиг фаз, вносимый усилителем и цепью обратной связи.

Так как U - величина комплексная, процесс самовозбуждения автогенератора, описываемый выражением (***) можно охарактеризовать двумя формулами:

KUß = 1 и φk + φß = 2πn .

Первое уравнение показывает, что для существования автоколебательного режима ослабление сигнала, вносимое звеном обратной связи, должно компенсироваться усилителем. Это уравнение называют условием баланса амплитуд.

Второе уравнение является условием баланса фаз, при котором сдвиг фаз в замкнутой цепи автоколебательной системы должен равняться 2πn, где п = 0, 1, 2, 3, ....

При п = 0 осуществляется генерация синусоидальных (гармонических) колебаний, а при п > 0 – негармонических колебаний.

Условие п = 0 означает, что для генерации колебаний синусоидальной формы система автогенератора должна содержать частотно-избирательный четырехполюсник, обусловливающий выполнение условий баланса фаз и амплитуд на одной и той же частоте.