Есть конспект?
Пришлите нам!

3.1. Генераторы синусоидальных колебаний

            Генераторы синусоидальных колебаний – это генераторы, которые генерируют напряжение синусоидальной формы.

Они классифицируются согласно их частотно-задающим компонентам. Тремя основными типами генераторов являются LC генераторы, кварцевые генераторы и RC генераторы.

 

LC генераторы используют колебательный контур из конденсатора и катушки индуктивности, соединенных либо параллельно, либо последовательно, параметры которых определяют частоту колебаний.

 

Кварцевые генераторы, подобны LC генераторам, но обеспечивают более высокую стабильность колебаний.

 

RC-генераторы используются на низких частотах, в них для задания частоты колебаний используется резистивно-емкостная цепь.

 

3.1.1 Колебательный контур

Колебательный контур – это замкнутая электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности и конденсатор, в которой могут возбуждаться электрические колебания.

Колебания тока и напряжения в колебательном контуре связаны с переходом энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки индуктивности и обратно.

В зависимости от способа подключения к внешнему источнику ЭДС или к источнику тока, различают последовательный и параллельный колебательные контуры.

                              

Последовательный к.к.

 

Параллельный к.к.

 

Если в колебательный контур включить источник гармонических электрических колебаний, то вначале в цепи возникнут сложные колебания, представляющие собой сумму собственных затухающих и вынужденных гармонических колебаний. Через некоторое время собственные колебания затухнут и останутся только вынужденные.

Кривые зависимости амплитуды и фазы вынужденных колебаний от частоты ω называются резонансными кривыми. При значении ω близком к резонансной частоте ω0 =  имеет место резкое увеличение амплитуды вынужденных колебаний (резонанс).

Колебательные контуры применяются в фильтрах, резонансных усилителях, генераторах и преобразователях.

 

3.1.2.  LC генераторы

Основными типами LC генераторов являются генератор Хартли и генератор Колпитца.

 

Рис.3.2.1 Генератор Хартли

 

На рис.3.2.1 изображен генератор Хартли. Величина обратной связи в этой схеме зависит от положения витков катушки L1. Выходной сигнал снимается с катушки L2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

рис 3.2.2  Генератор Колпитца

 

На рис 3.2.2 изображен генератор Колпитца. Величина обратной связи в схеме Колпитца определяется отношением емкостей конденсаторов C1 и C2. Этот генератор более стабилен, чем генератор Хартли и чаще используется.

 

3.1.3 Кварцевые генераторы

Основное требование, предъявляемое к генератору – это стабильность частоты и амплитуды колебаний. Причины нестабильности: зависимость емкости и индуктивности от температуры, старение компонентов и изменение требований к нагрузке. Когда требуется высокая стабильность, используются кварцевые генераторы. Каждый кристалл кварца обладает собственной частотой колебаний. Если частота приложенного напряжения совпадает с собственной частотой, колебания

кристалла ярко выражены. Если отличается – кристалл колеблется слабо. Собственная частота колебаний кварца практически не зависит от температуры.

 

Эквивалентная схема кристалла кварца:

 

 

Здесь изображена схема кварцевого генератора Хартли с параллельной обратной связью. Если частота

колебательного контура отклоняется от частоты кварца, импеданс (сопротивление) кварца увеличивается, уменьшая величину обратной связи с колебательным контуром. Это позволяет колебательному контуру вернуться на частоту кварца.

 

 

 

На этом рисунке изображен генератор Пирса. Эта схема подобна схеме Колпитца, за исключением того, что катушка индуктивности в колебательном контуре заменена кварцем. Эта схема очень популярна, т.к. в ней не используется индуктивности. Кварц управляет импедансом колебательного контура, что определяет величину обратной связи и стабилизирует генератор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1.4.  RC генераторы

На частотах до 10 МГц обычно предпочтительней применять RC генераторы, т.к. резисторы и конденсаторы более удобны в применении, чем катушки индуктивности и более дешевы.

Имеются 2 типа RC-генераторов: с фазосдвигающей цепочкой и мостикового типа (мостик Вина)

 

RC-генератор с фазосдвигающей цепочкой

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:        

 

 

 

 

 

 

Генератор мостикового типа

 

Генераторы мостикового типа (мостик Вина) широко применяются в качестве перестраиваемых генераторов в диапазоне частот от 1 до 107 Гц.

Реактивная часть мостика образует цепочку, которая на частоте колебаний имеет фазовый сдвиг равный 0. Поэтому схему генератора строят в сочетании с неинвертирующим усилителем.

Если усилитель имеет фазовый сдвиг 0, бесконечно большое входное сопротивление и выходное сопротивление равное 0, то коэффициент усиления должен быть равен 3, а частота колебаний ω0 =  

 

Так как частота колебаний генераторов LC-типа обратно пропорциональна , то мостиковый генератор обеспечивает более широкий диапазон частот. По этой причине в лабораторных измерительныхприборах применяют генераторы мостикового типа. Путем применения сдвоенных переменных резисторов в этих генераторах легко перекрывается диапазон частот 10:1.

 


 

Схема перестраиваемого генератора мостикового типа с последовательно-параллельной обратной связью.


Dr.BoT© Konspektiruem.ru