Генераторы гармонических колебаний.

Генераторы гармонических колебаний строятся на основе усилителей с положительной обратной связью, обеспечивающих режим самовозбуждения на требуемой частоте. Структурная схема генератора имеет вид (рис.97). Для работы генератора необходимо выполнить два условия: баланс амплитуд, баланс фаз. Генераторы могут выполняться на основе колебательного контура LC или с частотозависимыми цепями RC. Первые называются генераторами LC-типа и предназначены для работы в диапазоне десятков кГц и выше, вторые называются генераторами RC-типа и предназначены для работы в области низких частот.

Схема генератора LC-типа с трансформаторной связью приведена на рис.98. Условия генерации здесь создаются на частоте резонанса f₀: , где L_k и C_k - параметры колебательного контура.

Фазовый сдвиг (баланс фаз) обеспечивается соответствующим подключением вторичной обмотки w₂ трансформатора. Баланс амплитуд достигается подачей соответствующей амплитуды сигнала с коллекторной нагрузки в цепь базы. Выходной сигнал снимается либо с третьей обмотки w₃, либо с коллектора транзистора VT.

Помимо рассмотренной выше схемы с трансформаторной связью широкое распространение получили трехточечные схемы с индуктивной автотрансформаторной и емкостной обратными связями (рис.99). В генераторе с индуктивной автотрансформаторной связью напряжение на базу подается через емкость C_g с части контурной катушки w₂. Количество витков w₂ определяет баланс амплитуд. В схеме с емкостной обратной связью резонансный колебательный контур образован конденсаторами C_k1, C_k2 и катушкой L_k. Напряжение обратной связи снимается с конденсатора C_k2. Для получения неискаженной формы выходных сигналов с генератора добротность контура должна быть высокой.

Генератор RC-типа представляет собой обычный резистивный усилитель, охваченный положительной обратной связью. Для получения необходимого фазового сдвига применяются фазовращающие цепочки, которые имеют несколько RC-звеньев и служат для поворота фазы выходного напряжения усилителя на 180⁰.

Минимальное количество звеньев равно трем. Для устойчивой работы схемы необходимо, чтобы усилитель обладал большим коэффициентом усиления, имел большое входное сопротивление и малое выходное сопротивление. Обеспечение условий генерации выполняется подбором элементов в цепи обратной связи R и C, и инверсивными свойствами усилителя.

В генераторах RC-типа часто используются мосты Вина, которые включаются в цепь положительной обратной связи.

Генераторы могут быть построены на туннельных диодах, на динисторе и т.д.

На рис. 101 показан генератор на туннельном диоде и форма выходного напряжения. В состав генератора входят туннельный диод, катушка индуктивности L с сопротивлением R и источник питания U_П .

Вольт-амперная характеристика туннельного диода

на участке А-В имеет отрицательное дифференциальное сопротивление. При включении питания рабочая точка вначале перемещается по ветви 0-А. Достигнув точки А, из-за наличия в цепи индуктивности рабочая точка перемещается скачком в точку Б. Если напряжение источника меньше значения U₂, то рабочая точка перемещается из точки Б в точку В, оттуда скачком возвращается в точку Г, и далее процесс повторяется. Очевидно, что напряжение питания должно выбираться из условия U1<U _п <U2. Частота генератора определяется диодом и индуктивностью. Генератор на динисторе работает аналогичным образом.

Особую группу генераторов составляют кварцевые генераторы, в которых вместо колебательного контура используется кристалл кварца. Особенностью кварцевых генераторов является их высокая стабильность работы, которая достигает 10^-4…10^-6 %.

Конструктивно кварцевый контур выполняется в виде кварцевой пластины с нанесёнными на нее электродами.

На рис. 102 приведены схемы кварцевых генераторов.

В схеме, предложенной Пирсом (рис.102а), кварц включается между стоком и затвором полевого транзистора VT, т.е. в цепь отрицательной обратной связи. Однако на частоте резонанса кварц вносит дополнительный фазовый сдвиг на 180º, в результате чего обратная связь становится положительной. В схеме рис.102б емкости С₁ и С₂ облегчают возбуждение генератора.