Что такое генератор гармонических колебаний

Генераторы гармонических колебаний

Вы будете перенаправлены на Автор24

Колебаниями в физике считают движения и процессы, имеющие периодичность во времени.

В среде электромагнитных явлений большое место занимают электромагнитные колебания. В этих колебаниях заряды, токи, напряжения, электрические и магнитные поля изменяются согласно периодическим законам.

Данный тип колебаний применяют:

Колебания, которые происходят под воздействием сил внутри самой колебательной системы, называют собственными. Собственные колебания появляются при любом нарушении состояния равновесия колебательной системы.

Гармоническими называют колебания, которые описывают при помощи тригонометрических законов синуса и косинуса.

При этом электрическая энергия источника постоянного тока трансформируется в энергию незатухающих гармонических колебаний определенной частоты, амплитуды и мощности.

Генераторы гармонических колебаний применяют на практике:

Виды генераторов гармонических колебаний

Генераторы, в зависимости от частоты генерации колебаний делят на:

Готовые работы на аналогичную тему

Генераторы могут обладать:

Генератор, имеющий самовозбуждение обладает формирователями колебаний, обычно данные генераторы именуют автогенераторами. Для автогенераторов частота колебаний определяется параметрами собственных частотозадающих цепей.

Структурная схема генератора гармонических колебаний

Принципиальная схема генератора (рис.1) имеет следующие структурные элементы:

Рисунок 1. Принципиальная схема генератора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Автогенератор

которые включены последовательно в замкнутую цепь с положительной обратной связью.

Усилитель может состоять из:

Реализация колебаний в автогенераторе возможна при выполнении двух основных условий:

Произведение коэффициентов передачи составных частей автогенератора в его замкнутой цепи должно быть равно единице:

Сумма сдвигов фаз в цепи автогенератора должна быть равна нулю:

Коэффициент передачи в цепи автогенератора является переменной величиной, зависящей от амплитуды колебаний. Если амплитуды колебаний малы, то произведение коэффициентов передачи должно быть более единицы:

Для автогенератора имеется два режима возбуждения:

Баланс фаз в автогенераторе обеспечивается в основном, реализацией положительной обратной связью.

Обычно ограничение амплитуды сопровождает искажение формы колебаний. При этом избирательная цепь автогенератора фильтрует колебания, осуществляя выделение первой гармоники.

Избирательная цепь в автогенераторе

Роль избирательных цепей в автогенераторах исполняют:

Кварцевые и камертонные резонаторы используют для получения колебаний со стабильными по частоте колебаниями.

Отрезки длинных линий и полые резонаторы применяют для создания УВЧ и СВЧ колебаний.

Источник

Генераторы гармонических колебаний — устройство и принцип действия

Генератором гармонических колебаний называют устройство, создающее переменное синусоидальное напряжение при отсутствии входных сигналов. Генератор преобразует энергию источника постоянного напряжения в энергию переменного выходного сигнала.

Различают два режима возбуждения генератора. При так называемом мягком режиме колебания (сигнал на выходе) возникают после подключения генератора к источнику питания самопроизвольно. Мягкий режим называют также режимом самовозбуждения. При жестком режиме для возникновения колебаний требуется внешний начальный сигнал.

Обратимся к структурной схеме генератора с последовательной положительной обратной связью по напряжению (рис. 2.64).

Эта схема аналогична ранее изученной соответствующей структурной схеме усилителя с отрицательной обратной связью.Аналогичны и обозначения величин.

Получаем условие самовозбуждения: K· β = 1. При наличии колебаний Ú_вых =K′ · Ú_ос =K′ · Ú_вых · β

Запишем это условие в развернутом виде:| K′ · β′|= 1φ+ψ= 2πn,n= 0, 1, …где φ — сдвиг по фазе для цепи прямой передачи (для усилителя);

ψ — сдвиг по фазе для цепи обратной связи.

Выражение |K′ · β′ | = 1 называют условием баланса амплитуд, а выражение φ+ψ= 2πn — условием баланса фаз.

Источник

Генераторы гармонических колебаний.

Генератором гармонических колебаний называют устройство, создающее переменное синусоидальное напряжение при отсутствии входных сигналов. В схемах генераторов всегда используется положительная обратная связь.

Генераторы являются составной частью многих измерительных приборов и важнейшими блоками автоматических систем.

Различают аналоговые и цифровые генераторы. Для аналоговых генераторов гармонических колебаний важной проблемой является автоматическая стабилизация амплитуды выходного напряжения. Если в схеме не предусмотрены устройства автоматической стабилизации, устойчивая работа генератора окажется невозможной. В этом случае после возникновения колебаний амплитуда выходного напряжения начнет постоянно увеличиваться, и это приведет к тому, что активный элемент генератора (например, операционный усилитель) войдет в режим насыщения. В результате напряжение на выходе будет отличаться от гармонического. Схемы автоматической стабилизации амплитуды достаточно сложны.

Структурная схема генератора приведена на рисунке ниже:

ИЭ —источник энергии,

ПОС — цепь положительной об­ратной связи,

ООС — цепь отрицатель-ной обратной свяаи,

ФК — формирова­тель колебаний (LC-контур или фазирующая RС-цепь).

По способу получения колебаний генераторы подразделяют на две группы: генераторы с внешним возбуждением и генераторы с самовозбуждением. Генератором с внешним возбуждением является усилитель мощности, на вход которого подаются электрические сигналы от источника колебаний. Генераторы с самовозбуждением со­держат формирователи колебаний; такие генераторы часто называют автогенераторами.

Схемы LC-генераторов гармонических колебаний.

Рис. 1. Автогенератор-формирователь синусоидальных колебаний с трансформаторной связью.

Колебательный контур, состоящий из катушки Lк и конденсатора С, является коллекторной нагрузкой тран­зистора V1, Индуктивная связь между выходом и входом усилителя обеспечивается катушкой Lб, присоеди­ненной к базе транзистора. Элементы R1, R2, Rэ, Сэ предназначены для обеспечения необходимого режима работы по постоянному току и его термостабилизации.

Благодаря конденсатору С1 обладающему малым со­противлением на частоте генерации, создается цепь для переменной составляющей тока между базой и эмиттером транзистора. Точ­ками обозначены начала обмоток Lб и Lк, поскольку необходимо соблюсти условие баланса фаз. Условие баланса фаз соблю­дается, если приток энергии совершается синхронно с изменением знака напряжения на контуре; например, в каскаде с транзистором, включенным по схеме с ОЭ, фазы входного и выходного сигналов взаимно сдвину­ты на 180° С. Поэтому концы катушки Lб надо подклю­чить так, чтобы входные и выходные колебании совпа­дали по фазе. Условие баланса амплитуд состоит в том, что поте­ри в контуре и нагрузке непрерывно пополняются за счет источника питания.

Рис. 1а. Работа автогенератора. Переходные процессы.

Работа антогенератора (Рис. 1а) начинается при включении ис­точника Ек. Начальный импульс тока возбуждает в контуре LкC колебания с частотой , которые могли бы прекратиться из-за тепловых потерь энергии в активном сопротивлении ка­тушки и конденсатора. Но поскольку между катушками Lб и Lк имеется индуктивная связь с коэффициентом взаимоиндукции М, в базовой цепи возникнет переменный ток , совпадающий по фазе с током коллекторной цепи (условие баланса фаз обеспе­чивается рациональным включением концов обмотки Lб). Усилен­ные колебания передаются из контура снова в базовую цепь, и раз­мах колебаний постепенно нарастает, достигая заданного значения.

Схемы RC-генераторов гармонических колебаний.

RC-автогенераторы используются для генерирования колебаний инфранизкой и низкой частоты (от долей герца до нескольких десятков килогерц); RС-генераторы могут вырабатывать колебания и более высоких частот, однако низкочастотные колебания отличаются более высокой стабильностью.

Рис. 3. Автогенераторы синусоидальных колебаний с целью из Г-образных RC-звеньев (а) и мостового типа (б).

RC-автогенератор состоит из усилителя (одно- или многокаскадного) и цепи частотно-зависимой обратной связи. Цепи обратной связи выполняются в виде «лестничных» (рис. 3, а) или мостовых (рис. 3, б) RC-схем.

RC-автогенератор с многозвенной RC-цепью обратной связи показан на рис. 3, а. Три последовательно соединенных фазиру­ющих эвена R1C1—R3С3, включенных между выходом и входом усилительного каскада, образуют цепь поло­жительной обратной связи с фильтрующими свойства­ми. Она поддерживает колебательный процесс только на одной определенной частоте; без RC-элементов однокаскадный усилитель имел бы отрицательную обрат­ную связь по напряжению. Условие баланса фаз прояв ляется в том, что каждое из RС-звеньев поворачивает фазу сигнала на угол 60°, а суммарный угол сдвига равен 180°. Условие баланса амплитуд удовлетворяется путем выбора соответствующего коэффициента уси­ления каскада.

Автогенератор с RC-фильтром мостового типа приведен на рис. 3,б. Два плеча моста — звенья R1C1 и R2C2 — подключены к неинвертируюшему входу уси­лителя 2 (цифра внутри треугольника означает число каскадов). Эти звенья образуют цепь ПОС. К инверти­рующему входу того же усилителя присоединена другая диагональ, составленная из нелинейных элемен­тов R3 и r, которая создает цепь ООС. В данной схеме мост обладает избирательным свойством и условие баланса фаз обеспечивается при одной частоте (на ко­торой выходной сигнал моста совпадает по фазе со входным). Регулировка частоты в данном автогенераторе проста и удобна, причем возможна в очень широком диапазоне частот. Ее осуществля­ют изменением либо сопротивлений обоих резисторов, либо емкостей обоих конденсаторов моста.

Общий недостаток всех генераторов — чувствительность генери­руемой частоты к изменению питающих напряжений, температуры, «старению» элементов схемы.

Источник

Что такое генератор гармонических колебаний

Генераторы гармонических колебаний представляют собой электронные устройства, формирующие на своем выходе периодические гармонические колебания при отсутствии входного сигнала. Генерирование выходного сигнала осуществляется за счет энергии источника питания. Со структурной точки зрения генераторы представляют собой усилители электрических сигналов, охваченные ПОС.

Внешний входной сигнал отсутствует. На входе усилителя действует только выходной сигнал ОС UOC. А на входе ОС действует U_ВХОС=U_ВЫХ. Поэтому коэффициент усиления такой схемы.

При выполнении этого условия любой усилитель, охваченный ПОС становится генератором, на выходе его появляются колебания, независимые от входного сигнала (автоколебания). Явление возникновения автоколебаний в усилителе называется самовозбуждением.

Условие возникновения автоколебаний можно разделить на две составляющие:

1) Условие баланса амплитуд: К∙β=1. Физический смысл: результирующее усиление в контуре, состоящем из последовательного соединения усилителя и цепи ОС должно быть равно единице. Если цепь ОС ослабляет сигнал, то усилитель должен на 100% компенсировать это ослабление. То есть если в любом месте разорвать контур ПОС и на вход подать сигнал от внешнего источника, то пройдя по контуру К∙β с выхода разрыва цепи ОС вернется сигнал точно такой же амплитуды, что был подан на вход разрыва.

2) Условие баланса фаз: arg(K·β)=0. Физический смысл: результирующий фазовый сдвиг, вносимый усилителем и цепью ОС должен быть равен нулю (или кратен 2π). То есть при подаче сигнала на разрыв, вернувшийся сигнал будет иметь точно такую же фазу. При выполнении этого условия ОС будет положительна.

Для существования автоколебаний необходимо одновременное выполнение этих условий. Если эти условия выполняются не для одной частоты, а для целого спектра частот, то генерируемый выходной сигнал будет сложным (не гармоническим). Для обеспечения синусоидальности выходного сигнала генератор должен генерировать сигнал только одной единственной частоты. Для этого необходимо, чтобы условия возникновения автоколебаний выполнялись для единственной частоты, которая и будет генерироваться. Для этого делают К или β частотно-зависимыми. Как правило β имеет максимум β0 на некоторой частоте ω0. Поэтому на ω0 и коэффициент усиления будет иметь максимум К0. Величины К0 и β0 обеспечивают такими, чтобы они удовлетворяли условиям возникновения автоколебаний. Тогда при отклонении частоты от ω0 и условия возникновения автоколебаний выполнятся не будут, что приведет к затуханию колебаний этой частоты и на выходе генератора будут только гармонические колебания частоты ω0.

В зависимости от того, каким способом в генераторе обеспечивается условие баланса фаз и амплитуд, различают генераторы:

3.1.1 Генератор LC-типа

Такой генератор строят на основе усилительного каскада на транзисторе, включая в его коллекторную цепь колебательный LC-контур. Для создания ПОС используется трансформаторная связь между обмотками W1 (имеющей индуктивность L) и W2 (рисунок 3.1.1.1).

Рисунок 3.1.1 Генератор LC-типа

Напряжение U₂ является напряжением ОС. Оно связано с напряжением первичной обмотки W1 коэффициентом трансформации

Коэффициент трансформации в данном случае является коэффициентом передачи ОС, показывая какая часть напряжения передается на вход. Для выполнения баланса амплитуды на частоте ω0 должно выполнятся равенство

Из этого условия рассчитывается необходимое число витков вторичной обмотки, чем обеспечивается условие баланса амплитуд. Для обеспечения баланса фаз необходимо обеспечить соответствующее включение начал и концов обмоток, чтобы ОС была положительной. Емкость С1 выбирают такой, чтобы ее сопротивление на частоте генерации было незначительным по сравнению с R2. Это исключает влияние сопротивления делителя на ток во входной цепи транзистора, создаваемый напряжением ОС. Назначение RЭ и СЭ такое же, как в обычном усилительном каскаде. LC-генераторы, также как и LC-избирательные усилители применяют в области высоких частот, когда требуются небольшие величины L и имеется возможность обеспечить высокую добротность LC-контура. А на низких и инфранизких частотах, когда построение LC-генератора затруднительно, используют RС цепи тех же типов, что и для избирательных усилителей.

3.1.2 RC- генераторы

RC генераторы используют для задания частоты резисивно – емкостную связь. Основные два вида генераторов синусоидальных колебаний это: генератор с фазосдвигающей цепью и генератор на основе моста Вина. Генератор с фазосдвигающей цепью — это обычный усилитель с фазосдвигающей цепью обратной связи. На комбинации цепочек имеют место потери мощности, поэтому транзистор должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления (рисунок 3.1.2.1).

Рисунок 3.1.2.1 Частота генератора рассчитывается по формуле

В этом генераторе для возникновения колебаний усилитель должен иметь бесконечно большое входное сопротивление и выходное сопротивление –равное 0.

Тогда, если конденсаторы и резисторы имеют равные реактивные и активные параметры, условием существования колебаний будет равенство коэффициента усиления числу 29. Такое усиление необходимо для компенсации затухания в фазосдвигающей цепочке. Фазовый угол этой цепочки на частоте колебаний равен 180°, а усилитель должен инвертировать сигнал, с тем, чтобы общий сдвиг фазы по всему контуру был равен 0 (условие генерации).

Частота колебаний генератора определяется выражением:

Источник

Генераторы гармонических колебаний

Генераторы гармонических колебаний представляют собой устройства из частотно-избирательной цепи и активного элемента. По типу частотно-избирательной цепи они делятся на LC- и RC-генераторы.

Генераторы LC-типа имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. В генераторах LC-типа форма выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено достаточно хорошими фильтрующими свойствами колебательного контура. К недостаткам LC-генераторов относятся трудности изготовления высоко-стабильных температурно-независимых катушек индуктивности, а также высокая стоимость и громоздкость последних. Это особенно проявляется при создании низкочастотных автогенераторов, в которых даже при применении ферромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и стоимость получаются значительными.

Базовые схемы LC-генераторов показаны на рис. 8.1 [53]. Схему на рис. 8.1, a называют индуктивной трехточкой или схемой Хартлея, на рис. 8.1,6 — емкостной трехточкой или схемой Колпитца. Для обеих схем с помощью резисторов Rl, R2 и Re устанавливается необходимый режим по постоянному току. Конденсаторы СЬ и Се — блокировочные, конденсатор С называют конденсатором связи. Частота автоколебаний для обеих схем в первом приближении определяется известной формулой

Для схемы Колпитца

Для всех автогенераторов условиями возникновения автоколебаний является наличие положительной обратной связи при коэффициенте усиления равном или большим 1. Для схемы Хартлея эти условия обеспечиваются за счет транзисторного каскада, выбора коэффициента трансформации и соответствующего включения обмотки связи. Положительная обратная связь в генераторе Колпитца обеспечивается за счет того, что сигнал обратной связи поступает с такого зажима колебательного контура, при котором сигнал обратной связи на базе транзистора совпадает по фазе с переменным сигналом на коллекторе. Коэффициент передачи цепи обратной связи при этом определяется коэффициентом передачи емкостного делителя, образованного конденсаторами С1 и С2. При выполнении указанных условий устройство самовозбуждается. Процесс самовозбуждения происходит следующим образом. При включении источника питания конденсатор колебательного контура, включенного в коллекторную цепь, заряжается. В контуре возникают затухающие колебания, которые одновременно передаются на управляющие электроды транзистора по цепи положительной обратной связи. Это приводит к пополнению энергией LC-контура и колебания превращаются в незатухающие.

Выполним моделирование автогенератора Колпитца (рис. 8.2), схема которого заимствована из каталога программы EWB 4.1 (схемный файл 2m-oscil.ca4). В отличие от базовой схемы (рис. 8.1, б) она выполнена на эмиттерном повторителе.

Рис. 8.2. Генератор Колпитца

Расчеты по формулам (8.1) и (8.2) для схемы на рис. 8.2 дают: С2=1мкФ;

Из осциллограмм на рис. 8.3 видно, что результаты моделирования крайне неутешительны. Во-первых, период колебаний, отсчитывемый с помощью визирных линеек и равный Т2-Т1=7,34 мс, заметно больше теоретического — 6,28 мс. Во-вторых, форма колебаний далеко не синусоидальная. Такие результаты можно объяснить слишком сильной связью колебательного контура с усилительным каскадом. В пользу этого утверждения свидетельствует и тот факт, что двойная амплитуда выходного сигнала практически равна напряжению источника питания 6 В. Для возможности управления взаимодействием колебательного контура с транзисторным каскадом введем конденсатор связи С (рис. 8.4).

Результаты моделирования схемы на рис. 8.4 приведены на рис. 8.5, из которого видно, что форма колебаний существенно улучшилась и действительно стала синусоидальной. При этом период колебаний 6,144 мс практически равен теоретическому значению.

Из проведенных экспериментов видно, насколько велика роль правильного выбора взаимодействия колебательного контура со снабжающим его энергией усилительно-согласующим устройством. В технической литературе для этого введен термин «коэффициент регенерации». Этот безразмерный коэффициент показывает, во сколько раз может быть уменьшена добротность колебательной системы по сравнению с ее исходным значением (за счет вносимых по цепи обратной связи потерь), чтобы автогенератор оказался на границе срыва колебаний. Для низкочастотных генераторов этот коэффициент выбирают равным 1,5. 3.

Рис. 8.4. Генератор Колпитца с конденсатором связи

Особо следует сказать о блокировочных конденсаторах СЬ и Се в базовой и эмиттерной цепях. При достаточно глубокой обратной связи и неправильно подобранных емкостях этих конденсаторов может возникать прерывистая генерация или автомодуляция. В этом случае амплитуда колебаний будет иметь переменное значение или уменьшаться до нуля. Прерывистая генерация обусловлена тем, что при определенных условиях напряжение автоматического смещения вследствие заряда конденсаторов СЬ и Се может приблизиться к амплитуде напряжения обратной связи, за счет чего транзистор запирается и колебательный контур перестанет пополняться энергией. В итоге автоколебания быстро затухнут и возникнут снова только после разряда этих конденсаторов. Затем процесс нарастания амплитуды, заряда конденсаторов и срыва автоколебаний повторится. Поэтому цепи, обеспечивающие автоматическое смещение, приходится, как правило, подбирать при настройке.

Перестройку частоты LC-генераторов обычно осуществляют изменением емкости конденсатора колебательного контура. При этом изменяется и добротность контура из-за изменения соотношения L/C, что может вызвать изменение режима работы автогенератора. Изменение емкости обычно производят механическим путем или с помощью варикапа, изменяя напряжение смещения.

На практике находят применение также LC-генераторы с использованием элементов с отрицательным сопротивлением. В качестве примера рассмотрим схему такого генератора, показанную на рис. 8.6 [30]. Он содержит эмиттерный повторитель на транзисторе VT1, который предназначен для регулировки выходного напряжения генератора путем изменения напряжения на его базе с помощью резисторов R1 и R2. Собственно генератор состоит из колебательного контура Lk, Ck и двух полевых транзисторов VT2 и VT3 с каналами разной проводимости, которые обладают участком с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Приведенная в [30] вольтамперная характеристика такого гибрида на отечественных полевых транзисторах КПЗОЗ и КП103 имеет форму несимметричного колоколообразного импульса с вершиной при напряжении 3 В (ток 2 мА) и практически нулевым током при напряжении 8 В. Следовательно, после включения питания, когда напряжение на конденсаторе Ск достигает 3 В, начинается резкое увеличение шунтирующего этот конденсатор сопротивления, в результате чего увеличивается скорость заряда конденсатора. Во второй фазе, когда при разряде конденсатора напряжение на нем достигает 8 В, скорость его разряда увеличивается и после достижения значения 3 В начинается форсированный разряд. Таким образом, колебательный контур в резуль тате получает как бы два толчка в течение каждого периода колебаний, что приводит в конечном итоге к возникновению незатухающих колебаний.

Частота колебаний генератора на рис. 8.6 в первом приближении определяется

выражением (8.1) и составляет

Посмотрим, насколько это соответствует результатам моделирования, представленным на рис. 8.7. Из осциллограммы видно, что период колебаний составляет 12,48 мс, что соответствует частоте колебаний 80,12 Гц, практически совпадающей с теоретическим значением.

Рис. 8.6. Схема низкочастотного LC-генератора

Перейдем к рассмотрению RC-генераторов. Генераторы такого типа достаточно просты в реализации, дешевы, имеют малые габариты и массу. Однако стабильность частоты колебаний в них значительно ниже, чем в LC-генераторах. Форма колебаний несколько отличается от синусоидальной и существенно изменяется в зависимости от значений параметров активного элемента и цепи обратной связи. Эти недостатки не позволяют применять их в схемах, где необходимо получать высокую точность и стабильность частоты колебаний, а также удовлетворительную форму выходного напряжения. В устройствах, где к этим параметрам не предъявляются жесткие требования, низкочастотные RC-генераторы используются достаточно широко.

В RC-генераторах обратная связь осуществляется за счет RC-цепей, обладающих избирательными свойствами и обеспечивающих на одной определенной частоте выполнение условий возбуждения колебаний. В этих генераторах выходное напряжение практически повторяет форму коллекторного тока транзистора. Поэтому они не могут работать с отсечкой тока и имеют сравнительно низкий КПД.

Избирательным ЕС-цепям присуща невысокая добротность. Поэтому для получения синусоидальных колебаний с малым уровнем гармоник приходится вводить неглубокую обратную связь. При этом активный элемент должен иметь небольшую нелинейность, чтобы в момент возникновения автоколебаний коэффициент усиления оставался больше единицы и тем самым при любых изменениях параметров схемы обеспечивались условия самовозбуждения.

RC-автогенераторы выполняют на основе однокаскадных и многокаскадных усилителей. В однокаскадных автогенераторах выход усилителя соединяется со входом через RC-цепи, обеспечивающие фазовый сдвиг 180° на рабочей частоте. Такие генераторы обычно выполняют на фиксированную частоту, их иногда называют цепочечными RC-генераторами.

В автогенераторах, выполненных на основе многокаскадных усилителей, применяют как усилители переменного тока, так и усилители постоянного тока на ОУ.

При использовании усилителей переменного тока число каскадов выбирают четным (обычно используют двухкаскадные усилители). Такой усилитель вносит близкий к нулю фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами, поэтому цепь обратной связи, соединяющая выход со входом, должна обеспечивать на частоте автоколебаний нулевой фазовый сдвиг. Обычно в таких генераторах в качестве цепей обратной связи используют частото-избирательные мостовые схемы, допускающие перестройку частоты в достаточно широких пределах.

Цепочечные автогенераторы должны иметь цепь обратной связи,обеспечивающую фазовый сдвиг 180° на частоте автоколебаний. Для получения такого сдвига требуется не менее трех RC-цепей. Действительно, каждое RC-звено в самых идеальных условиях обеспечивает фазовый сдвиг на угол, меньший 90°; следовательно, два звена дают фазовый сдвиг, меньший 180°. На рис. 8.8, а приведена схема цепочечного генератора, выполненного на четырехзвенной RC-цепи и транзисторном каскаде ОЭ. Согласно [30] частота колебаний генератора на рис. 8.8, а определяется по формуле:

(8.3)

Обратимся теперь к результатам моделирования, представленным на рис. 8.8, б, откуда видно, что период колебаний выходного сигнала составляет 315 мс, что существенно отличается от расчетного значения (T=l/f„=461,5 мс). В связи с этим уместно заметить, что аналитические выражения для частоты колебаний RC-генераторов имеют весьма ориентировочный характер. Приведем два примера. Для расчета частоты колебаний используем две разные формулы для RC-генератора с трехзвенной фазосдвигаю-щей цепью из работ [48, 53], с помощью которых для схемы на рис. 8.8, а получим:

(8.4)

(8.5)

Из приведенных результатов видно, что для рассматриваемой схемы более подходит результат, полученный с помощью формулы (8.4) из работы [48]. Проведем до полнительные испытания модели с трехзвенной цепочкой на рис. 8.9,а. Из приведенных на рис. 8.9, б результатов испытаний видно, что период колебаний RC-генерато-ра с трехзвенной цепочкой (515 мс) является чуть ли не средним арифметическим между результатами, полученными по формулам (8.3) и (8.5). Таким образом, и в этом случае имеются существенные расхождения результатов моделирования и расчета, причем более существенными являются расхождения между расчетными значениями с использованием различных расчетных соотношений для одной и той же схемы. Это позволяет сделать вывод, что аналитические выражения для RC-генерато-ров имеют очень приближенный (действительно, ориентировочный) характер.

Контрольные вопросы и задания

1. При каких условиях усилительное устройство, охваченное обратной связью, может превратиться в автогенератор?

2. Для схемы генератора на рис. 8.2 установите путем моделирования зависимость формы генерируемого сигнала от соотношения емкости конденсаторов С1 и С2. При варьировании емкостей этих конденсаторов обеспечьте постоянство частоты колебаний, т.е. эквивалентной емкости контура С„.

3. В схеме генератора на рис. 8.4 путем изменения емкости конденсатора связи С установите граничные условия надежного самовозбуждения генератора без ухудшения формы генерируемых сигналов (определяется визуально).

4. Исследуйте в генераторе на рис. 8.6 влияние на форму сигнала, его амплитуду и частоту напряжения на базе транзистора (устанавливается изменением сопротивления резисторов Rl, R2) и емкости блокировочного конденсатора Се.

5. Используя материалы гл. 4, получите вольтамперную характеристику применяемого в схеме на рис. 8.6 гибридного компонента на моделях полевых транзисторов типа Ideal.

6. Исследуйте зависимость формы сигнала, частоты колебаний и надежности запуска RC-генератора на рис. 8.8 и 8.9 от напряжения питания Ucc.

Источник