3. Автогенераторы

Процесс получения переменных напряжений и токов требуемой формы и частоты называется генерированием электрических колебаний.

Устройства, предназначенные для создания электрических колебаний, называются генераторами. С точки зрения запуска режима генерации сигналов, все генераторы можно разделить на автогенераторы (самовозбуждаются при подаче питающих напряжений) и генераторы с внешним запуском (переходят в режим генерации только при подаче на вход сигналов возбуждения).

По форме генерируемых сигналов различают: генераторы гармонических колебаний, когда в спектре выходного сигнала присутствует практически только одна первая гармоника; генераторы импульсных сигналов (релаксационные генераторы), когда огибающая генерируемого сигнала представляет собой импульс той или иной формы; генераторы шумовых сигналов, когда выходной сигнал по характеристикам в определенной полосе частот соответствует «белому» шуму.

В зависимости от вида избирательной системы все автогенераторы гармонических колебаний подразделяются на LС генераторы и RС генераторы. В первых избирательными системами являются резонансные контуры, во вторых – фазирующие RС цепи.

3.1.Самовозбуждение генератора гармонических колебаний

При изучении усилителей подчеркивалось, что при наличии паразитной (всегда существующей) положительной обратной связи (ПОС), усилитель может перейти в режим генерации сигналов. В автогенераторах ПОС организуется специально. Для генерации только одной гармоники в состав автогенератора обязательно входит избирательная система, обеспечивающая ПОС только на одной выбранной частоте, и подавляющая сигналы всех прочих частот.

Структурно генератор гармонических колебаний включает в себя (рис.3.1):

усилитель с узкополосной избирательной системой;

цепь положительной обратной связи для подачи части выходного сигнала генератора на вход.

На рис. 3.1: К = комплексный (частотный) коэффициент усиления усилителя; β = β(jω) – комплексный (частотный) коэффициент передачи цепи ПОС; U_ВХ = U_ВХ(jω); U_ВЫХ = U_ВЫХ(jω) – комплексные амплитуды входного и выходного напряжений собственно усилителя; U_ОС = U_ОС(jω ) – комплексная амплитуда напряжения ПОС.

При подаче на схему генератора питающего напряжения, инициирующего электрическое воздействие на резистивные и реактивные элементы, в последних возникают шумы - слабые свободные колебания широкого спектра частот. Благодаря ПОС, часть энергии этих колебаний с выхода усилителя поступает на вход. Наличие в усилителе избирательной системы обеспечивает выполнение условий генерации только на одной частоте и подавление сигналов прочих частот.

Вначале нарастание амплитуды генерируемых колебаний происходит по линейному закону. При некотором значении амплитуды генерируемых колебаний начинают проявляться нелинейные свойства усилительного элемента, что препятствует дальнейшему нарастанию амплитуды генерируемого сигнала. Таким образом, усилитель, как составная часть генератора, обязательно является нелинейным элементом.

Состояние генератора, когда амплитуда генерируемых колебаний становится постоянной, называется стационарным (установившимся) режимом работы. Согласно схеме, рис. 3.1, можно записать соотношение для комплексных амплитуд сигналов:

U_ОС = U_ВХ = βU_ВЫХ, U_ВЫХ = К U_ВХ.