Условия самовозбуждения автогенераторов гармонических колебаний. - Основы техники связи

Самовозбуждение в автогенераторе с обратной связью возможно только при выполнении следующих условий: баланса амплитуд; баланса фаз.

Баланс фаз подразумевает наличие положительной обратной связи, т. е. сдвиг фаз сигнала по петле обратной связи (через усилитель и цепь ОС) должен быть кратен :

,

Где - частота генерируемых колебаний, определяется параметрами частотноселективной цепи (контура);

    - сдвиг фаз, вносимый усилителем на частоте ; - сдвиг фаз, вносимый цепью обратной связи; - натуральный ряд чисел (0, 1, 2 ...).

Баланс амплитуд вытекает из выражения для усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи

.

Для компенсации потерь необходимо, чтобы

Тогда знаменатель выражения для стремится к нулю и усилитель самовозбуждается.

В зависимости от формы генерируемых колебаний различают автогенераторы синусоидальных (гармонических) и импульсных сигналов.

Ниже рассматриваются основные типы автогенераторов синусоидальных сигналов, реализованные на основе ОУ.

На рисунке 5.18, а приведена схема LC-автогенератора. По виду она напоминает схему узкополосного LC-фильтра, однако здесь используется более глубокая ПОС. Баланс фаз обеспечивается наличием в устройстве положительной обратной связи, обеспечиваемой подключением резисторов R2, R3 между выходом и неинвертирующим входом ОУ. Баланс амплитуд достигается правильным выбором сопротивлений резисторов R2, R3, чтобы выполнялось условие

.

Здесь под подразумевается масштабный коэффициент усиления

,

Где - сопротивление контура на частоте резонанса. Частота генерации определяется элементами LC-контура и рассчитывается по известной формуле

.

генераторы на основе оу

Рисунок 5.18 - Генераторы на основе ОУ

Для анализа свойств описанного генератора можно воспользоваться соотношениями, представив ОУ высококачественным эквивалентом транзистора с коэффициентом усиления и дифференциальной крутизной.

Избежать применения индуктивностей, что важно в низкочастотных автогенераторах, позволяет применение селективных RC-цепей. Наибольшее применение в RC-автогенераторах получила так называемая полосовая фазирующая цепь, включенная между выходом и неинвертирующим входом ОУ. На частоте генерации ослабление, вносимое этой цепью

,

А фазовый сдвиг

.

Поэтому используемый способ подключения фазирующей цепи к ОУ обеспечивает выполнение баланса фаз.

Для выполнения условия баланса амплитуд усилитель должен скомпенсировать затухание, вносимое фазирующей цепью на частоте генерации. Это просто достичь выбором элементов цепи ООС (резисторов R1 и R2) при условии

.

Нетрудно также обеспечить неравенство

,

Что означает выполнение условия генерации одновременно для многих частот. В этом случае вместо генерации колебаний синусоидальной формы генерируется колебание сложной формы, близкое к прямоугольной. Для обеспечения высокой точности равенства

Схему генератора усложняют узлом автоматической регулировки усиления ОУ.

Если вместо резисторов R фазирующей RC-цепи использовать управляемые напряжением сопротивления, то реализуется генератор с электронной перестройкой частоты. Схема RС-автогенератора с электронной перестройкой частоты приведена на рисунке 5.18, в. Здесь в качестве управляемых сопротивлений используется сдвоенный ПТ, у которого проводимость канала GK является линейной функцией управляющего напряжения:

.

Подставляя это выражение в формулу для расчета частоты генерации, получаем:

.

При изменении постоянного управляющего напряжения происходит электронная перестройка частоты. Если в качестве управляющего напряжения использовать низкочастотное колебание, то по закону изменения амплитуды этого колебания будет изменяться частота автогенератора, т. е. будет осуществляться частотная модуляция.

Для получения высокой стабильности частоты автогенераторов к элементам LC-контуров и RC-цепей предъявляются жесткие требования, как по точности выбора элементов, так и по их температурной стабильности. Нестабильность частоты, достигаемая в обычных LC-генераторах, составляет от 10-3 до 10-4 °С, RC-генераторов - примерно на порядок ниже.

Гораздо лучшие показатели стабильности частоты обеспечивают кварцевые генераторы. Схема кварцевого генератора приведена на рисунке 5.18, г.

Здесь кварц используется в качестве эквивалентной индуктивности. Он образует с емкостью конденсатора С последовательный колебательный контур,

Имеющий на частоте резонанса минимальное сопротивление. Следовательно, на этой частоте ПОС достигает максимума и возникает генерация. Для стабилизации режима усилитель охвачен глубокой ООС по постоянному напряжению. Для облегчения выполнения условия баланса амплитуд ООС на частоте генерации устраняется правильным выбором емкости конденсатора С1. Для этого необходимо выполнение условия

.

В термостатированных кварцевых генераторах достигается нестабильность частоты порядка 10-8 °С.

Похожие статьи




Условия самовозбуждения автогенераторов гармонических колебаний. - Основы техники связи

Предыдущая | Следующая