Краткие теоретические сведения. Автогенератор – электронное устройство, вырабатывающее электрические колебания

Автогенератор – электронное устройство, вырабатывающее электрические колебания определенной формы и частоты, используя энергию источника постоянного напряжения (тока). По форме различают электронные генераторы гармонических (почти синусоидальных) колебаний и так называемые релаксационные генераторы различной формы. По частоте автогенераторы подразделяются на генераторы инфранизкой (от долей герц до 10 Гц), низкой (от 10 Гц до 100 кГц), высокой (от 100 кГц до 10 МГц) и сверхвысокой (свыше 10 МГц) частоты.

Принцип работы генераторов синусоидальных колебаний основан на использовании в схемах колебательных контуров или фазосдвигающих звеньев: моста Вина, двойного Т-образного моста, сдвигающих RC-цепей и др. Для всех генераторов условием возникновения автоколебаний является наличие положительной обратной связи (ПОС) между колебательной системой и усилительным элементом с коэффициентом усиления К_u, равном или боль­шем единицы.

ИП

У (НЭ)

ОС (ЛЭ)

iвых

uвх

uoc

uвых

Н

Рисунок 1 – Структурная схема генератора гармонических колебаний

 

Структурная схема генератора гармонических колебаний представлена на рисунке 1. Генератор состоит из усилителя У (нелинейного элемента НЭ) с комплексным коэффициентом усиления по напряжению

и четырехполюсника положитель­ной обратной связи ОС (линейного элемента ЛЭ в виде LC - или RC -звеньев) с комплексным коэф­фици­ен­том пе­редачи

 

.

Так как U _вх = U _oc, то напряжение

.

 Следовательно, установившиеся колебания будут существовать в схе­ме при условии, что произведение К _u b = 1, т. е. при коэффициенте усиления усилителя У, равном единице. При К _u b > 1 амплитуда выходного напряжения U_{m . вых} будет непрерывно возрастать (до насыщения активных элементов).

Представляя комплексные коэффициенты К _u и b в показательной форме, т. е. , ,

и их произведение

,

 получим условия самовозбуждения автоколебаний:

  n = 0, 1, 2, …;

К _u b = 1.

Первое условие отражает процесс баланса фаз, при котором сдвиг фаз в замкнутой цепи автоколебательной системы должен равняться 2 p n радиан, а второе условие самовозбуждения – баланс амплитуд - сводится к тому, что на резонансной частоте w ₀ активные потери энергии в автогенераторе должны восполняться от источника питания ИП посредством положительной обратной связи. Отметим, что баланс амплитуд обуславливает неизменную амплитуду установившихся колебаний.

При стабильной частоте колебаний условия баланса фаз и баланса амплитуд должны выполняться на одной частоте. Для этого автогенератор должен иметь частотно-зависимую (фазосдвигающую) LC - или RC -цепь, настроенную на эту частоту. Автогенераторы типа LC для получения синусоидального напряжения частотой от десятков килогерц до сотен мегагерц собираются по трёхточечным индуктивной или ёмкостной схемам.