Электронные генераторы. Схемы LC-автогенераторов

1. ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Генераторами - называют электронные устройства, преобразующие спомощью усилительных приборов энергию источника питания в энергию выходного сигнала,заданной формы, амплитуды и частоты.

Существуют два основных класса генераторов: синусоидальных и негармонических сигналов.

1.1. Генераторы синусоидальных колебаний

Основными критериями классификации генераторов синусоидальных колебаний являются:

1.   Принцип управления режимом работы.

Различают генераторы с независимым возбуждением, режимом которых управляют внешние источники переменного напряжения, или внутренним управлением, автогенераторы.

2.   Схема, с помощью которой поддерживаются которой поддерживаются колебания.

Гармонические колебания в генераторах поддерживают резонансные LC-контуры или другие резонирующие элементы (кварц, объёмный резонатор), а также фазирующие RC-цепи, которые включают в цепь обратной связи генераторов.

В связи с этим различают LC- и RC-генераторы гармонических колебаний.

3.Мощность генератора.

Маломощные LC-генераторы применяют в измерительных и регулирующих устройствах, а также в качестве задающих генераторов.

Маломощные RC-генераторы используют как задающие устройства в системах преобразования постоянного тока в переменный и в измерительных схемах.

LC-генераторы средней и большой мощности применяют для питания электронных микроскопов и технологических установок ультразвуковой обработки металлов и диэлектрилов.

LC-генераторы с независимым возбуждением

От генераторов с независимым возбуждением требуется выделение в нагрузке значительной мощности, поэтому в качестве усилительных элементов в них используют мощные транзисторы или электронные лампы.

Генераторы с независимым возбуждением предсиавляют собой избирательные усилители мощности, собранные по однотактной или двухтактной схеме в режиме усиления класса С с резонансным контуром в цепи нагрузки.

При использовании в качестве усилительного элемента транзисторов их включают по схеме с оющим эмиттером (ОЭ) или с общей базой (ОБ).

Работу однотактного генератора с независимым возбуждением рассмотрим на примере однотактного генератора на транзисторе типа p-n-p, по схеме с ОЭ (рис.1.1).

В этой схеме между базой и эмиттером проложено напряжение возбуждения Uб=Uбм coswtснимаемое со вторичной обмотки трансформатора Тр. Нагрузкой коллекторной цепи является колебательный контур LkCk, на котором выделяюся колебания более высокой мощности, чем входные. Смещение на базе осуществлено за счет источника Еб. Блокировочные конденсаторы Сб1 и Cб2 предотвращают протекание переменных составляющих токов через источники питания Еб и Ek. Напряжение смещения на базе Еб выбирают таким образом, чтобы схема работала в режиме усиления класса С. Особенности работы генератора в этом режиме показанны на проходной характеристике транзистора Ik = f(Uб) и временных диаграммах Ik(t) и Uб(t)   (рис.1.2).

Угол отсечки Q для этого класса усиления меньше 90 градусов, так как действующее на базе напряжение открывает транзистор только, когда |Uб|>|Uбз|

(Uбз - напряжение запирания транзистора). Кривая выходного тока имеет вид импульсов с максимальным значением Iкmaxи длительностью 2Q<П. Колебательный контур настроен на первую гармонику коллекторного тока с амплитудой Ik1. Несмотря на импульсный характер коллекторного тока, напряжение в колебательном контуре Ukизменяется по синусоидальному закону, так как между индуктивностью Lkи емкостью Ck происходит колебательный обмен энергией: энергия электромагнитного поля катушки индуктивности преобразуется в энергию электрического поля конденсатора и наоборот. Напряжение Ukопределяется формулой:

Uk = Ik1RoeCoswt-Ek = UkmCoswt-Ek,

где Ukm = Ik1Roe - амплитуда напряжения на контуре;

      Roe=Lk/CkRk - активное сопротивление контура для первой гармоники;

      Rk - сопротивление потерь контура.

Форма импульсов коллекторного тока завист от величины сопротивления нагрузки коллекторной цепи, которое определяет режим работы транзистора. В зависимости от сопротивления нагрузки коллекторной цепи возможнны три режима работы генератора : критический, недонапряженный, перенапряженный. Особенности этих режимовпоказаны на рис.1.3 и 1.4.