Волжская государственная академия водного транспорта
СХЕМОТЕХНИКА
АВТОГЕНЕРАТОРЫ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Нижний Новгород
Министерство транспорта Российской Федерации
Волжская государственная академия водного транспорта
Кафедра радиоэлектроники
В.И.Плющаев
СХЕМОТЕХНИКА
АВТОГЕНЕРАТОРЫ
УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
Учебно-методическое пособие
для студентов дневного и заочного обучения по специальностям
20.13.00 «Техническая эксплуатация транспортного радиообору-дования» и
24.06.00 «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов»
Издательство ВГАВТ
Н. Новгород, 2002
УДК 621.37/39
П40
Автогенераторы. Учебно-методическое пособие для студентов дневного и заочного обучения по специальностям 20.13.00 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» и 24.06.00 «Эксплуатация электрооборудования и автоматики судов». – Н. Новгород, 2001. – с.
Составитель: профессор, д.т.н. Плющаев В.И.
|
|
Учебно-методическое пособие предназначено для обучения студентов академии очного и заочного обучения дисциплине «Схемотехника».
Рекомендовано к изданию кафедрой радиоэлектроники. Протокол № 3 от 31 октября 2002 г.
© ВГАВТ, 2002
Генераторы колебаний
Генераторы служат для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию незатухающих колебаний. Генераторы включают в свой состав активный элемент и частотно-избирательный четырехполюсник. В качестве активных элементов могут использоваться диоды, имеющий участок отрицательного сопротивления на вольт-амперной характеристике, транзисторы или операционные усилители. В качестве частотно-избирательных четырехполюсников применяются резонансные LC-контуры, кварцевые резонаторы, RC-, RL- и RLM-цепи. По типу частотно-избирательного четырехполюсника генераторы делятся на LC-, RC-, RL-, RLM – генераторы.
По принципу возникновения колебаний различают генераторы с внешним (независимым) возбуждением (рис. 1а) и генераторы с самовозбуждением (автогенераторы, рис. 1б).
Рис.1. Структурные схемы генераторов (УС-усилитель, ИЧ - частотно-избирательный четырехполюсник)
В данном пособии будут рассматриваться автогенераторы. Кольцевая схема автогенератора выполняется таким образом, чтобы возникла положительная обратная связь. По критерию Найквиста, колебания в замкнутой системе возникают и существуют, если амплитудно-фазовая характеристика разомкнутой системы охватывает на комплексной плоскости критическую точку [1,0] (рис.2).
Рис.2. Амплитудно-фазовая характеристика автогенератора
|
|
Амплитудно-фазовая характеристика автогенератора
К(jw) = КУ (jw) КИЧ(jw). |
Для выполнения условия возникновения колебаний необходимо выполнение условия:
К(jw) = КУ (jw) КИЧ(jw)= КУ (w) КИЧ(w) ехр [ j(jУ + jИЧ)] = 1. |
Это выражение, представляющее собой условие самовозбуждения генератора, распадается на два условия:
КУ (w) КИЧ(w)= 1 – баланс амплитуд, |
jУ + jИЧ = 2p n – баланс фаз, |
где n = 0, 1, 2….
Эти условия означают, что для существования автоколебаний необходимо, чтобы потери, вносимые частотно-избирательным четырехполюсником, компенсировались усилителем (баланс амплитуд), а создаваемый ими суммарный сдвиг фаз должен быть равен 0 или кратен 2p (баланс фаз). Последнее условие означает, что в кольцевой схеме реализована положительная обратная связь. Для генераторов гармонических колебаний условия баланса амплитуд и фаз должны выполняться только на одной частоте w0.
Для построения автогенераторов можно использовать как инвертирующие усилители (jУ = p и jИЧ = p), так и неинвертирующие усилители (jУ = 0, jИЧ = 2p n, где n =0,1,2…).
Различают «мягкий» и «жесткий» режимы возбуждения генераторов. При «мягком» режиме петлевое усиление больше единицы (КУ(w)КИЧ(w)>1) в момент включения напряжения питания. Любые шумы или возмущения в системе, вызванные случайными факторами, усиливаются и через цепь обратной связи подаются на вход усилителя в фазе, совпадающей с фазой входного сигнала, причем величина этого дополнительного сигнала больше того возмущения, которое вызвало его появление. Соответственно увеличивается выходное напряжение, что приводит к увеличению входного сигнала и т.д. В итоге случайно возникшее возмущение приведет к непрерывному возрастанию выходного сигнала. Коэффициент усиления начинает уменьшаться с увеличением амплитуды колебаний. При выполнении условия КУ (w) КИЧ(w)= 1 амплитуда автоколебаний стабилизируется.
При «жестком» режиме возбуждения для возникновения автоколебаний необходимо подать на генератор внешний сигнал, не меньше определенного значения (это относится к генератором, коэффициент усиления усилительного каскада которых зависит от амплитуды входного сигнала).