Как действует простейший генератор на резонансном контуре.

 

Простейшим генератором является сам контур, состоящий из индуктивности L и емкости С и не взаимодействующий непосредственно с активным элементом. В LC‑контурах при соответствующих условиях могут возникать свободные собственные колебания, осцилляции. Основой работы генератора такого типа является эффект накопления энергии резонансным контуром.

Рассмотрим резонансный (колебательный) контур, представленный на рис. 10.1, а. Предположим, что конденсатор С заряжен до напряжения батареи Б. Допустим, что конденсатор разряжается через катушку индуктивности после размыкания ключа К1 и замыкания ключа К2. При разряде конденсатора через катушку энергия электрического поля конденсатора переходит в энергию магнитного поля катушки. В результате явления самоиндукции в катушке возникает электродвижущая сила, которая поддерживает ток в контуре и перезаряжает конденсатор. В свою очередь конденсатор снова разряжается через катушку, и процесс повторяется сначала. Если бы контур был идеальным (без потерь), колебания в контуре имели бы чисто синусоидальную форму и длились бы бесконечно долго.

В действительности катушка выполнена из провода и имеет некоторое сопротивление потерь R. Это сопротивление при протекании тока вызывает потерю мощности. Иначе говоря, часть электрической энергии контура преобразуется в резисторе в тепловую энергию и не может быть использована другим способом. Поскольку в процессе каждой разрядки часть энергии теряется, конденсатор уже не может зарядиться до первоначального напряжения. В результате заряд, а отсюда и максимальное напряжение на конденсаторе уменьшаются с каждым периодом. Поэтому в контуре возникают колебания в виде затухающей синусоиды (рис. 10.1, б). Когда вся подведенная к контуру энергия преобразуется в резисторе в тепловую энергию, колебания прекращаются.

Частота колебаний в контуре в первом приближении равна его резонансной частоте f = 2π√(L · C). Амплитуда колебаний зависит от энергии, подведенной вначале к контуру, а скорость убывания (затухания) – от сопротивления потерь в контуре.

 

 

Рис. 10.1. Колебательный контур (а) и форма затухающих колебаний (б)

 

Как действует LC‑генератор с внешней ОС?

 

В LC‑генераторах всегда используются свойства параллельного резонансного контура, в котором при соответствующих условиях могут возникнуть затухающие колебания. Явление затухания, вызванное сопротивлением в контуре, возникают уже в первом периоде работы, как только через катушку начинает протекать ток. Поэтому амплитуда напряжения во втором периоде уже меньше, чем начальная амплитуда.

Для получения постоянной амплитуды колебаний (или поддержания незатухающих колебаний в контуре) необходимо в каждый период пополнять энергию, теряемую в контуре, от внешнего источника питания с помощью усилителя с ПОС.

Ко входу усилителя, взаимодействующего в составе генератора, подводится часть сигнала, действующего в резонансном контуре. Полярность этого сигнала должна быть подобрана таким образом, чтобы выходной сигнал усилителя был в фазе с сигналом в резонансном контуре. Усиленное напряжение подводится непосредственно к резонансному контуру. Усилитель должен поставлять энергию в контур только в течение небольшой части периода. Эту задачу лучше всего выполняет усилитель класса С. Во время коротких периодов проводимости активного элемента протекающий через усилитель ток дает энергию, обеспечивающую требуемые условия работы контура. Легко видеть, что усилитель (транзистор) действует как ключ, автоматически размыкаемый и замыкаемый генерируемым напряжением.

Как уже указывалось в гл. 8, ПОС должна быть такой, чтобы удовлетворялось условие баланса амплитуд. Следует добавить, что переход к работе в классе С должен происходить автоматически с помощью RС‑цепи во входной цепи, для того чтобы было возможно самовозбуждение колебаний.