Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 5

Свое название ГВВ получил в силу того, что без внешнего сигнала (возбуждения) устройство не выполняет свои функций. Только при подаче извне колебания с частотой  (при условии, что включены источники напряжения накала, смещения и питания) в устройстве происходит преобразование энергии постоянного тока в энергию высокочастотных (ВЧ) колебаний, в чем и состоит назначение ГВВ. Другое равноценное название устройства – генератор с независимым возбуждением (ГНВ) связано с тем, что основная частота выходных радио колебаний устройства не зависит от параметров генераторов, а определяется только частотой независимого (внешнего) источника колебаний.

Простейшая принципиальная электрическая схема ГВВ, активным элементом которого является биполярный транзистор имеет вид:

Рис.1. Принципиальная электрическая схема ГВВ.

На схеме приняты обозначения:

 - источник сигнала возбуждения;

 - источники питания цепей смещения и коллектора транзистора;

 - разделительные конденсаторы;

 - емкости фильтров входной и выходной цепи ГВВ;

 - соответственно элементы входной и выходной колебательной системы;

 - резистор, учитывающий сопротивление нагрузки.

Прежде чем перейти к работе ГВВ предположим:

1. Внутреннее сопротивление источника возбуждения мало и им можно пренебречь, т. е. на входных клеммах  действует гармоническое напряжение .

2. Колебательный контур настроен на частоту  входного сигнала.

Принцип действия ГВВ хорошо поясняет временные диаграммы токов и напряжений (рис. 2.). 

Рис. 2. Временные диаграммы токов и напряжений в ГВВ.

где  - соответственно мгновенные значения входного напряжения, выходного напряжения, напряжения на нагрузочной системе, выходного тока, тока первой гармоники;

 - соответственно значение постоянной составляющей выходного тока, амплитуды первой гармоники выходного тока, входного напряжения, напряжение на нагрузочной системе;

 - соответственно напряжения смещения и отсечки выходного тока на проходной характеристике активного элемента;

 - круговая частота сигнала;

 - угол отсечки (часть фазового угла , при котором выходной ток изменяется от максимального значения до нуля);

 - эквивалентное сопротивление контура для 1-й гармоники выходного тока;

 - коэффициент включения контура;

 - соответственно добротность и волновое сопротивление контура.

Временные диаграммы позволяют сделать следующие выводы:

1. Напряжение на выходе активного элемента находится в противофазе с напряжением на входе;

2. Напряжение на выходе может в 2 раза превышать напряжение питания при действии на входе ГВВ ВЧ сигнала. При отсутствии выходного сигнала колебания на выходе отсутствуют, а при определенном выбранном смещении в цепи анода протекает постоянный ток .

Физическая сущность процессов, происходящих в ГВВ, состоит в том, что положительную часть периода входного сигнала неосновные носители (электроны), движущиеся к коллектору, отбирают энергию у электрического поля контурного конденсатора, а в отрицательный полупериод происходит торможение электронов, которое полученную ранее энергию отдают электрическому полю конденсатора, т. е. происходит взаимодействие электронов (обмен энергией) с электрическим полем конденсатора. Переменное магнитное поле создается током контура вне транзистора.

Таким образом, из вышеприведенного следует, что ГВВ обязательно содержит активный элемент; систему возбуждения, состоящую из источника сигнала возбуждения и входной цепи согласования (колебательного контура); нагрузочную систему, включающую в себя выходную цепь согласования (колебательный контур) и нагрузку; цепи смещения и питания. Колебательный контур нагрузочной системы выделяет напряжение первой гармоники (или нужной гармоники, например, при умножении частоты), а также отфильтровывает высшие (ненужные) гармоники и согласует выходное сопротивление  активного элемента с сопротивлением нагрузки, которое в общем случае может быть комплексным . Колебательный контур системы возбуждения выделяет гармоническое напряжение или ток и согласовывает выходное сопротивление источника возбуждение и входное сопротивление активного элемента АЭ.