Генераторы с внешним возбуждением

Генератор (от лат. – производитель) – устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности.

Классификация генераторов

1) По способу возбуждения различают генераторы с внешним возбуждением (ГВВ) и автогенераторы (АГ).

ГВВ – устройство, работающее в вынужденном режиме, т.е. колебания на его выходе наблюдаются только при наличии колебаний от внешнего источника на его входе. ГВВ предназначены для усиления мощности, умножения частоты колебаний, осуществления АМ и ЧМ.

АГ – устройство, работающее в автоколебательном режиме, т.е. колебания на его выходе возникают без внешнего источника сигнала. Являются первоисточниками электрических сигналов различной формы.

2) По форме генерируемых колебаний различают АГ гармонических и негармонических (релаксационных или импульсных) колебаний.

Гармонические колебания формируются в процессе плавного обмена энергиями между магнитным и электрическим полями, концентрирующимися в катушке индуктивности и конденсаторе. Используются в радиотехнических и измерительных устройствах.

Релаксационные колебания формируются в результате накопления энергии в поле реактивного элемента с последующей отдачей ее резистору, где она безвозвратно переходит в тепло (рассеивается). Используются в импульсной и цифровой технике.

3) По частоте генерируемых колебаний различают инфранизкочастотные (менее 10 Гц), низкочастотные (от 10 Гц до 100 кГц), высокочастотные (от 100 кГц до 100 МГц) и сверхвысокочастотные (свыше 100 МГц) генераторы.

4) По выходной мощности различают маломощные (менее 1 Вт), средней мощности (ниже 100 Вт) и мощные (свыше 100 Вт) генераторы.

5) По типу используемых активных элементов различают генераторы ламповые, транзисторные, на операционных усилителях, на туннельных диодах, на динисторах.

6) По виду частотно-избирательной цепи различают генераторы -, - и -типа.

7) По виду обратной связи различают генераторы с внутренней (с отрицательным сопротивлением) и с внешней (специально созданной) обратной связью.

8) По схеме питания различают генераторы последовательного (транзистор и колебательный контур включены последовательно по отношению к источнику питания) и параллельного (транзистор и колебательный контур включены параллельно по отношению к источнику питания) питания.

9) По способу подключения нагрузки (по числу точек, в которых колебательный контур соединен с активным элементом) различают двухточечные и трехточечные генераторы.

Использование ГВВ для умножения частоты

Умножение частоты – получение из гармонического колебания с частотой другого гармонического колебания с частотой , где - целое положительное число.

Умножение частоты необходимо, когда непосредственное генерирование колебаний требуемой частоты затруднительно.

Пример: Высокостабильные кварцевые генераторы устойчиво работают на частотах до 30 МГц. Умножением частоты можно получить кварцевую стабилизацию и на более высоких частотах.

Умножение частоты включает две операции:

1) Формирование из исходного гармонического колебания колебания сложной формы. Выполняется при помощи НЭ.

2) Выделение из спектра частот полученного колебания нужной гармоники. Выполняется с помощью фильтра.

Умножение частоты технически реализуется тремя способами: методом отсечки, импульсным методом и радиоимпульсным методом.

Метод отсечки

Рисунок 7.1 – Электрическая принципиальная схема умножителя частоты на транзисторе:

- высокодобротные колебательные контуры, настроенные на частоту входного гармонического колебания и частоту выделяемой гармоники . При уверенности, что на входе – гармоническое колебание, контур может отсутствовать;

- НЭ;

- источник коллекторного питания;

- источник напряжения смещения. Обеспечивает требуемое положение рабочей точки (РТ) на проходной характеристике .

Гармоническое колебание приложено к переходу база-эмиттер и управляет током коллектора в выходной цепи. Транзистор работает в режиме с отсечкой (в режиме класса С). Это обеспечивается выбором РТ в нижней части ВАХ. В результате формируются косинусоидальные импульсы коллекторного тока. Это означает, что в спектре такого тока содержатся гармоники с частотами, кратными частоте :

,

где - постоянная составляющая выходного тока;

- амплитуда -ой гармоники выходного тока;

- амплитуда импульсов выходного тока;

- крутизна ВАХ;

- угол отсечки;

- оптимальный угол отсечки – угол, при котором нужная ( -ая) гармоника выходного тока имеет максимальную амплитуду.

Резонансный контур выделяет требуемую гармонику .

Рисунок 7.2 – Метод отсечки: - гармоническое воздействие; - ВАХ и ее аппроксимация (пунктирная линия); - отклик на гармоническое воздействие; - спектр выходного тока.

Коэффициент умножения при таком методе не превышает четырех. Для получения большего (10³…10⁵) применяют многокаскадные схемы. Для умножения в большее число раз используют другие методы.

Импульсный метод

Рисунок 7.3 – Структурная схема умножителя частоты:

Г – генератор гармонических колебаний;

Ф – формирователь коротких прямоугольных импульсов ();

ПФ – полосовой фильтр. Из спектра частот полученной последовательности импульсов выделяет составляющую нужной частоты.

Радиоимпульсный метод

Рисунок 7.4 – Структурная схема умножителя частоты:

Г1 – импульсный генератор. Управляет (манипулирует) Г2;

Г2 – генератор, формирующий радиоимпульсы с прямоугольной огибающей.

Чтобы гармоника нужной частоты имела наибольшую амплитуду, нужно выполнить условие:

,

где - частота заполнения радиоимпульсов;

и - частота и период повторения манипулирующих импульсов.

Рисунок 7.5 – Временная и спектральная диаграммы радиоимпульсов:

- длительность радиоимпульса.

 

8 LC -АВТОГЕНЕРАТОРЫ