Генерирование гармонических колебаний, страница 10

Форма генерируемых колебаний.  Стационарный режим в автогенераторе наступает когда коэффициент усиления  прямой цепи уменьшается до значения . В генераторах это уменьшение происходило за счет уменьшения средней крутизны  при выходе за пределы линейного участка ВАХ НЭ. При этом ток НЭ имеет в стационарном режиме принципиально несинусоидальную форму. Но напряжение в генераторах снимается с колебательного контура, обладающего высокой избирательной способностью, и поэтому имеет синусоидальную форму.

Напряжение в генераторах снимается с резистора и имеет ту же форму, что и протекающий через НЭ ток. Поэтому для получения хорошей формы колебаний в генераторах необходимо, чтобы колебания на входе НЭ не выходили за пределы линейного участка ВАХ НЭ. Это возможно только за счет дополнительного введения в схему генератора особой цепи, которая и будет ограничивать нарастание колебаний.  Обычно в качестве такой цепи используется цепь отрицательной ОС с терморезистором  (см. рис.11.27, а и рис 11.33), обладающим теплоинерционной нелинейностью. Характеристики элементов с теплоинерционной нелинейностью могут быть двух типов (рис.11.34). Сопротивление металлического терморезистора  (лампа накаливания) возрастает с увеличением амплитуд напряжения или тока, а сопротивление полупроводникового терморезистора

–  падает.

Рассмотрим получение синусоидальных колебаний в генераторе с мостом Вина (рис. 11.33). Без ООС, т.е. без делителя    (рис. 11.27, а) в схеме устанавливается стационарный режим при некоторой амплитуде , когда величина коэффициента усиления  уменьшится  до  (кривая  на рис. 11.35). При этом будут большие нелинейные искажения.

При наличии делителя   и использовании  полупроводникового терморезистора  вместо сопротивления  по мере возрастания амплитуды  увеличивается амплитуда тока, протекающего через делитель. Сопротивление терморезистора  уменьшается, и увеличивается напряжение на резисторе . В итоге увеличивается ООС (, снижая коэффициент усиления  усилителя (кривая  на рис.11.35). Подбором элементов  и  можно удержать колебания в линейной части ВАХ НЭ, т.е. величина   уменьшится  до  при амплитуде , при которой искажения отсутствуют – нелинейность усилительного элемента еще не сказывается, а термоэлемент искажений не дает (из-за большой тепловой инерционности сопротивление терморезистора в пределах периода колебаний будет практически постоянным).

Такой же результат получается при включении металлического терморезистора  вместо резистора ..

генератор с мостом Вина является основным узлом многочисленных лабораторных генераторов, работающих в диапазоне частот от 20 Гц до 200 кГц. Для получения значительной мощности этот генератор дополняют ступенями усиления.

Примечание. Генераторы низкой частоты на биениях. Схема приведена на рис. 11. 36. Два LC-автогенератора (Г1 и Г2) вырабатывают напряжения с частотами  и . Эти напряжения  подаются на преобразователь частоты ПЧ, в токе которого наряду с другими гармониками есть сигнал с разностной частотой. Этот сигнал выделяется с помощью фильтра низких частот (ФНЧ). Перестраивая один из гетеродинов (например, Г1), можно получать различные значения частоты выходного сигнала. Форма выходного колебания очень близка к синусоидальной.

Рис. 11.36

К недостатку следует отнести низкую стабильность частоты выходного сигнала, которая во много раз больше нестабильности задающих гетеродинов. Действительно, пусть нестабильности генераторов Г1 и Г2 характеризуются величинами  и , тогда нестабильность низкой частоты  

будет тем больше, чем меньше частота .