ГЛАВА 20. ЭЛЕКТРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

§20.1. Общие сведения

Электронный генератор — это устройство, преобразующее электрическую энергию

источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний заданной формы и частоты.

Электронные генераторы широко используют в радиоаппаратуре, измерительной технике, устройствах автоматики, электронно-вычислительных машинах и т. д.

По способу возбуждения генераторы подразделяют на генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением (автогенераторы). Генераторы с независимым возбуждением являются усилителями колебаний, которые вырабатывают посторонние источники.

Автогенераторы сами создают незатухающие колебания за счет использования положительной обратной связи (см. § 19.4).

Среди автогенераторов можно выделить генераторы синусоидальных колебаний и импульсные генераторы. Генераторы синусоидальных колебаний подразделяют на автогенераторы типа LC и автогенераторы типа RC.

§20.2. Транзисторный автогенератор типа LC

Автогенераторы типа LC различают по способу создания положительной обратной связи как автогенераторы с емкостной, автотрансформаторной и индуктивной (транформаторной) связью. Они состоят из колебательного контура, в котором возбуждаются колебания нужной частоты; усилительного элемента (транзистора), усиливающего сигнал, попадающий на его вход через цепь обратной связи; цепи положительной обратной связи, обеспечивающей подачу энергии с выхода схемы на ее вход в нужном количестве и в должной фазе; источника с постоянной ЭДС, энергия которого преобразуется в колебательную энергию в контуре.

	Рис. 20.1. Схема транзисторного автогенератора с	Рис. 20.2. Колебательная характеристика автогенератора
	индуктивной связью

На рис. 20.1 приведена схема транзисторного автогенератора с индуктивной связью. При подключении к источнику питания Eк конденсатор контура Ск заряжается по цепи: +Eк, резистор R3, эмиттер, база, коллектор транзистора Т, Ск (—Ек). Конденсатор Ск и индуктивная катушка образуют параллельный колебательный контур, и, так как конденсатор Ск накопил определенную энергию, в контуре возникают свободные колебания с частотой f0, которая определяется параметрами этого контура. В результате индуктивной связи между катушками Lк и Loc в катушке обратной связи Loc наводится переменное напряжение той же частоты, что и в контуре. Это напряжение подводится к участку эмиттер — база транзистора, что вызывает пульсацию коллекторного тока с частотой f0.

Если обратная связь положительная, переменная составляющая коллекторного тока усиливает колебания в контуре, что вызывает увеличение амплитуды переменного напряжения на входе транзистора. Это, в свою очередь, вызывает новое увеличение амплитуды переменной составляющей коллекторного тока и т. д. Нарастание амплитуды переменной составляющей коллекторного тока ограничено, так как связь между входным и выходным напряжением

транзистора определяется характеристикой, приведенной на рис. 20.2. Надо иметь в виду, что для

установления режима незатухающих колебаний в контуре недостаточно только обеспечить положительную обратную связь. Необходимо, чтобы потери энергии в контуре были полностью скомпенсированы усилителем за счет энергии источника постоянного тока.

Таким образом, незатухающие колебания в контуре генератора устанавливаются при выполнении двух условий, которые называют условиями самовозбуждения. Это условие баланса фаз, которое обеспечивается положительной обратной связью, и условие баланса амплитуд, зависящее от значения коэффициента обратной связи β.

Карточка № 20.1 (251) Транзисторный автогенератор типа LC

Чем отличается автогенератор от усилителя?				Характером нагрузки				44
				Видом усилительного элемента				93
				Наличием положительной обратной связи				120
При сборке схемы автогенератора (см. рис. 20.1)				Поменять местами провода, идущие к Ск				98
было нарушено условие баланса фаз. Каким
				Заменить катушку Lоc на другую				87
образом можно обеспечить выполнение этого
				Поменять местами провода, идущие к Loc				84
условия?
Какие	параметры	схемы (см. рис. 20.1) надо		Значение Ек				78
изменить, чтобы обеспечить условие баланса
				Значение	коэффициента		трансформации	103
амплитуды?				между Lк и Lоc
				Соотношение между R1 и R2				37
Какую	роль в	схеме	(рис. 20.1) играет	Обеспечивает		цепь	переменной	72
конденсатор Сэ?				составляющей коллекторного тока
				Обеспечивает		подачу	переменного	60
				потенциала сигнала обратной связи на
				эмиттер Т
				Устраняет	отрицательную		обратную связь	85
				по переменной составляющей
Какие	параметры	схемы	автогенератора в	Lк; Ск; Сэ; Сб				95
основном влияют на частоту колебаний?
				Lк; Ск; Lоб				27
				Lк; Ск				59

§20.3. Транзисторный автогенератор типа RC

Автогенераторы типа LC применяют в основном на частотах выше 20 кГц, так как для более низких частот конструкция таких колебательных контуров громоздка. Для получения

синусоидальных колебаний на низких частотах применяют более простые и дешевые генераторы типа RC. Простейшая схема такого генератора приведена на рис. 20.3.

Вместо колебательного контура в схеме включен резистор Rн, а положительная обратная связь осуществляется через фазовращательную цепь, состоящую из трех звеньев RC. Если выход данной схемы соединить непосредственно с входом, обеспечив при этом условия самовозбуждения, то генерируемые колебания не будут синусоидальными. Для того чтобы схема вырабатывала именно синусоидальные колебания, положительная обратная связь должна обеспечиваться только для одной определенной гармоники • несинусоидальных колебаний. Эту функцию и выполняет фазовращательная цепь RC.

Параметры цепи должны быть выбраны так, чтобы при увеличении коллекторного тока и, следовательно, увеличении потенциала коллектора потенциал базы (рис. 20.3) уменьшался. Иными словами, напряжения на коллекторе и на базе должны находиться в противофазе. Это и есть условие баланса фаз. Покажем с помощью упрощенной векторной диаграммы (рис. 20.4), как выполняется это условие. При этом будем полагать, что током в каждом последующем звене цепи RC можно пренебречь по сравнению с током в предыдущем звене. Переменная составляющая коллекторного напряжения Uк вызовет в цепи C1R1 ток, опережающий это напряжение по фазе на некоторый угол. Этот угол определяется соотношением между ХC1 и R1, и может быть выбран

равным 60°. Напряжение UR1 в свою очередь, вызовет в цепи C2R2 ток с таким же соотношением параметров, как и в цепи C1R1. Это обеспечит сдвиг по фазе между UR1 и UR2 также на 60° и т. д. В итоге напряжение на R2, приложенное к участку база — эмиттер транзистора Т (см. рис. 20.3), окажется сдвинутым по отношению к Uк на 180°. Частота синусоидальных колебаний в схеме

определяется параметрами цепи RC и при условии C1=C2=C3=C; R1=R2=R3+R’2=Rf0=1/(2π 6 RС).

	Рис. 20.3. Схема транзисторного автогенератора типа RC	Рис. 20.4. Упрощенная векторная диаграмма напряжений
		для цепочки RC

Для выполнения условия баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя должен быть больше ослабления, вносимого фазовращательной цепью RC. Для схемы, приведенной на рис. 20.3, это ослабление равно 29.

Карточка № 20.2 (211).

Транзисторный автогенератор типа RC

Коллектор транзистора (см. рис. 20.3) соединили через		Да					12
емкость с базой. Будет ли при этом действовать
		Нет					20
положительная обратная связь в схеме?
		Это зависит от значения емкости					26
Выберите правильное соотношение между параметрами		XC1>XC2/R2>XC3/(R+R’2)					11
цепи RC, при котором каждое звено	обеспечит
		XC1/R1<XC2/R2<XC3/(R3+R’2)					49
одинаковый сдвиг по фазе
		XC1/R1=XC2/R2<XC3/(R3+R’2)					47
Обязательно ли выдерживать такое соотношение между		Да					58
параметрами цепи, при котором каждое звено обеспечит
		Это	зависит	от		частоты	74
одинаковый сдвиг по фазе?		генерируемых колебаний
		Нет					61
Как надо изменить параметры цепи RC, чтобы увеличить		Уменьшить R в два раза					104
частоту генерируемых колебаний в два раза?
		Уменьшить С в два раза					3
		Уменьшить и R, и С в				раз	67
					2
Можно ли количество звеньев цепи RC сократить до		Нет					71
двух?
		Да					88
		Это	зависит	от		частоты	64
		генерируемых колебаний

§20.4. Генераторы линейно изменяющегося напряжения

Генераторы линейно изменяющегося (пилообразного) напряжения (ЛИН) должны вырабатывать напряжение, график которого приведен на рис. 20.5. Это напряжение используют для получения развертки электронного луча в различных устройствах (осциллографах, телевизионных и радиолокационных индикаторах и т. д.). Получение ЛИН, как правило, обеспечивается процессами зарядки или разрядки конденсатора.

Простейший автогенератор пилообразного напряжения построен на неоновой лампе (рис. 20.6). В момент подключения схемы к источнику постоянной ЭДС Еа конденсатор С начинает заряжаться (через резистор R) и напряжение на нем нарастает так, как это показано на рис. 20.7 (период времени Т3). В момент времени t1 напряжение на конденсаторе С оказывается равным

напряжению зажигания U3 неоновой лампы. При этом сопротивление лампы резко падает и конденсатор С очень быстро разряжается до напряжения потухания лампы Uп (период времени Tр). В момент времени t2, когда газовый разряд в неоновой лампе прекращается и ее сопротивление вновь резко возрастает, конденсатор С снова начинает относительно медленно заряжаться до напряжения U3 и т. д. Таким образом, на выходе схемы возникает пилообразное напряжение.

	Рис.20.5. График идеального ЛИН	Рис. 20.6. Схема автогенератора ЛИН на неоновой
		лампе

Необходимо отметить, что зарядка конденсатора в данной схеме происходит не по линейному, а по экспоненциальному закону. На рис. 20.8 показаны кривые, соответствующие законам зарядки и разрядки конденсатора через резистор R.

Время зарядки конденсатора через резистор определяется постоянной времени τ3=RC. Практически этот процесс заканчивается полностью через время t3=(3÷4)τ3. То же самое можно сказать и о процессе разрядки конденсатора, но если при зарядке напряжение на конденсаторе асимптотически приближается к Еа (кривая 1), то при разрядке оно стремится к нулю (кривая 2).

Начальный участок экспоненты незначительно отличается от прямой линии и поэтому при достаточно большой разнице между Еа и U3 напряжение на выходе схемы (см. рис. 20.6) близко к линейному.

Данная схема имеет существенные недостатки, связанные с непостоянством напряжения зажигания и потухания лампы, с разбросом параметров резистоpa R и конденсатора С. Все это приводит к изменению времени зарядки и разрядки Т3 и Тр конденсатора, которое определяется как параметрами неоновой лампы, так и постоянными времени зарядки и разрядки τ3=RС и τp= RiС, где Ri — внутреннее сопротивление лампы при разрядке.

	Рис. 20.7. График реального ЛИН	Рис. 20.8. Графики зарядки (1) и разрядки (2)
		конденсатора

Для повышения стабильности работы генератора ЛИН используют генераторы с посторонним возбуждением. Схема такого генератора, собранного на транзисторе, представлена на рис. 20.9. В исходном состоянии транзистор Т открыт и насыщен. Следовательно, напряжение на его коллекторе и конденсаторе С близко к нулю (рис. 20.10, а, б).

Электронный генератор Википедия

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

Генераторы электрических колебаний

• По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

• По частотному диапазону:
  • Низкочастотные
  • Высокочастотные
• По принципу работы:
• По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, т. е. цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
3. петлевое усиление точно равно 1,
4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1 — то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 — то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания^[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.^[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

• Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
• Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
• Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
• Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
• Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
• Эхолоты.
• Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Электромагнитная совместимость

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

См. также

Примечания

Литература

• Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Ссылки

Генератор электронный Википедия

Генератор сигналов — это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический и т. д.), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.). Генераторы широко используются для преобразования сигналов, для измерений и в других областях. Состоит из источника (устройства с самовозбуждением, например, усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи) и формирователя (например, электрического фильтра).

Генераторы электрических колебаний

• По форме выходного сигнала:

Существуют также генераторы более сложных сигналов, таких, как телевизионная испытательная таблица

• По частотному диапазону:
  • Низкочастотные
  • Высокочастотные
• По принципу работы:
• По назначению:

Большинство генераторов являются преобразователями постоянного тока в переменный ток. Маломощные генераторы строят на однотактных усилительных каскадах. Более мощные однофазные генераторы строят на двухтактных (полумостовых) усилительных каскадах, которые имеют больший КПД и позволяют на транзисторах той же мощности построить генератор с приблизительно вдвое большей мощностью. Однофазные генераторы ещё большей мощности строят по четырёхтактной (полномостовой) схеме, которая позволяет приблизительно ещё вдвое увеличить мощность генератора. Ещё большую мощность имеют двухфазные и трёхфазные двухтактные (полумостовые) и четырёхтактные (полномостовые) генераторы.

Генераторы гармонических колебаний

Блок схема генератора

Генератор гармонических колебаний представляет собой усилитель с положительной обратной связью. Термин положительная обратная связь означает, что фазовый сдвиг в петле обратной связи близок к 2π{\displaystyle 2\pi }, т. е. цепь обратной связи не инвертирует сигнал.

LC-генератор с перекрёстными связями. В этом генераторе синусоидальность выходного сигнала обеспечивается колебательным контуром в стоках транзисторов.

Необходимыми условиями для возникновения гармонических незатухающих колебаний с малыми искажениями синусоиды являются:

1. петлевой сдвиг фазы равен 360°,
2. обратная связь резонансная или квазирезонансная, как, например, в генераторе с мостом Вина, или сам усилитель является частотноизбирательным (резонансным).
3. петлевое усиление точно равно 1,
4. рабочая точка усилительного каскада находится на его линейном или приблизительно линейном участке.

Пояснения необходимости 2-го и 3-го условий.

Если петлевое усиление ниже 1 — то колебания затухают. Если петлевое усиление больше 1 — то колебания нарастают до физического ограничения, так, амплитуда выходного напряжения усилителя не может быть больше напряжения питания^[4], при таком ограничении форма синусоидального напряжения искажается.

Примером структур с положительной обратной связью может служить мультивибратор, или иные релаксационные генераторы, но в таких схемах применены частотно-неизбирательные обратные связи и усилители, поэтому генерируемые ими колебания далеки от синусоидальных.

История

В 1887 году Генрих Герц на основе катушки Румкорфа изобрёл и построил искровой генератор электромагнитных волн.

В 1913 году Александр Мейснер (Германия) изобрёл электронный генератор Мейснера на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром в выходной (анодной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.^[5]

В 1914 году Эдвин Армстронг (США) запатентовал электронный генератор на ламповом каскаде с общим катодом с колебательным контуром во входной (сеточной) цепи с трансформаторной положительной обратной связью на сетку.

В 1915 году американский инженер из Western Electric Company Ральф Хартли, разработал ламповую схему известную как генератор Хартли, известную также как индуктивная трёхточечная схема («индуктивная трёхточка»). В отличие от схемы А. Мейсснера, в ней использовано автотрансформаторное включение контура. Рабочая частота такого генератора обычно выше резонансной частоты контура.

В 1919 году Эдвин Колпитц изобрёл генератор Колпитца на электронной лампе с подключением к колебательному контуру через ёмкостной делитель напряжения, часто называемый «ёмкостная трёхточка».

В 1932 году американец Гарри Найквист разработал теорию устойчивости усилителей, которая также применима и для описания устойчивости генераторов. (Критерий устойчивости Найквиста-Михайлова).

Позже было изобретено множество других электронных генераторов.

Устойчивость генераторов

Устойчивость генераторов складывается из двух составляющих: устойчивость усилительного каскада по постоянному току и устойчивость генератора по переменному току.

Фазовый анализ генератора Мейснера

Генераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка» могут быть построены как на инвертирующих каскадах (с общим катодом, с общим эмиттером), так и на неинвертирующих каскадах (с общей сеткой, с общим анодом, с общей базой, с общим коллектором).

Каскад с общим катодом (с общим эмиттером) сдвигает фазу входного сигнала на 180°. Трансформатор, при согласном включении обмоток, сдвигает фазу ещё на приблизительно 180°. Суммарный петлевой сдвиг фазы составляет приблизительно 360°. Запас устойчивости по фазе максимален и равен почти ± 90°. Таким образом генератор Мейснера относится, с точки зрения теории автоматического управления (ТАУ), к почти идеальным генераторам. В транзисторной технике каскаду с общим катодом соответствует каскад с общим эмиттером.

Фазовый анализ LC-генератора с СR положительной обратной связью

LC-генераторы на каскаде с общей базой наиболее высокочастотны, применяются в селекторах каналов почти всех телевизоров, в гетеродинах УКВ приёмников. Для гальванической развязки в цепи положительной обратной связи с коллектора на эмиттер стоит CR-цепочка, которая сдвигает фазу на 60°. Генератор работает, но не на частоте свободных колебаний контура, а на частоте вынужденных колебаний, из-за этого генератор излучает две частоты: большую — на частоте вынужденных колебаний и меньшую на частоте свободных колебаний контура. При первой итерации две частоты образуют четыре: две исходные и две суммарноразностные. При второй итерации четыре частоты производят ещё большее число суммарноразностных частот. В результате, при большом числе итераций получается целый спектр частот, который в приёмниках смешивается с входным сигналом и образует ещё большее число суммарноразностных частот. Затем всё это подаётся в блок обработки сигнала. Кроме этого, запас устойчивости работы по фазе этого генератора составляет +30°. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом применяют частичное включение контура через ёмкостной делитель, но при этом происходит дополнительный перекос фазы. При одинаковых ёмкостях дополнительный перекос фазы составляет 45°. Суммарный петлевой сдвиг фазы 60°+45°=105° оказывается больше 90° и устройство попадает из области генераторов в область дискриминаторов, генерация срывается. При оптимально рассчитанном емкостном делителе запас устойчивости по фазе составляет менее 30°.

Генератор Мейснера на каскаде с общей базой, с частичным включением контура без перекоса фазы.

Если в «ёмкостной трёхточке» на каскаде с общей базой в цепи положительной обратной связи вместо CR-цепочки включить трансформатор со встречным включением обмоток, то петлевой сдвиг фазы составит около 360°. Генератор станет почти идеальным. Чтобы уменьшить шунтирование контура каскадом и не внести дополнительного перекоса фазы, нужно применить частичное включение контура без дополнительного перекоса фазы через два симметричных отвода от катушки индуктивности. Такой генератор излучает одну частоту и имеет наибольший запас устойчивости по фазе (± 90°).

Применение

Далеко не полный список устройств, в которых применяются генераторы сигналов:

• Устройства связи — радиоприемники (гетеродин в супергетеродинных радиоприёмниках), телевизионные приемники, мобильные телефоны, приёмопередатчики, аппаратура передачи данных и др.
• Цифровая и вычислительная техника обязательно содержит генератор тактовых импульсов.
• Импульсные источники питания, инверторы, источники бесперебойного электропитания.
• Измерительные приборы — осциллографы, измерительные вольтметры, амперметры и др.
• Медицинское оборудование — электрокардиографы, томографы, рентгенографы, электронные тонометры, аппараты для ультразвукового исследования (УЗИ), физиотерапевтические приборы и др.
• Эхолоты.
• Бытовая техника — программируемые стиральные машины, СВЧ-печи, посудомоечные машины и др.

Электромагнитная совместимость

Устройства, имеющие в своём составе генератор сигналов, потенциально способны создавать электромагнитные помехи другим электронным устройствам, поэтому при их разработке и эксплуатации приходится учитывать вопросы электромагнитной совместимости.

См. также

Примечания

Литература

• Шамшин И. Г., История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Ссылки

14.2. Электронные генераторы

Электронным генератором называют устройство, создающее электриче­ские колебания определенной частоты и формы и использующее для этого энергию источника постоянного тока (напряжения).

По принципу действия генераторы бывают с внешним¹ и внутренним воз­буждением. Генераторы с внутренним возбуждением (автогенераторы) возбуж­даются самостоятельно (без внешнего источника). Основными характеристи­ками генераторов являются форма, частота и амплитуда создаваемых колеба­ний.

По форме колебаний генераторы подразделяются на генераторы синусои­дальных колебаний и генераторы несинусоидальных (релаксационных) колеба­ний.

По частоте колебаний генераторы подразделяются на низкочастотные (от долей герц до 100 кГц), высокочастотные (100 кГц … 10 мГц) и сверхвысоко­частотные (более 10 мГц).

Важными характеристиками являются мощность выходного сиг­нала, стабильность частоты и коэффициент полезного действия.

14.2.1. Генераторы синусоидальных колебаний

Любой генератор состоит из усилителя и цепи положительной обратной связи. Структурная схема генератора представлена на рис. 14.12.

Рис. 14.12

За счет влияния цепи обрат­ной связи на делитель на его вы­ходе появляется напряжение даже при отсутствии напряжения на входе, т.е. происходит самовозбуждение дели­теля и превращение его в генератор.

Чтобы на выходе генератора получить периодические колебания задан­ной частоты, в цепь его обратной связи необходимо включить колебательный контур, настроенный на данную частоту. В зависимости от состава элементов контура автогенераторы бывают LC и RC-типов (рис. 14.13).

а) б)

Рис. 14.13

Схема LC -генератора (рис.14.13 а) объединяет однокаскадный делитель на транзисторе VT и колебательный контур LC, включенный в цепь положи­тельной обратной связи генератора. Подбором L и C устанавливают требуемую частоту колебаний .

После включения источника питания в контуреLC возникают колеба­ния и переменный ток базы усиливается транзистором. Протекающий через катушку ток коллекторасоздает на ней падение напряжения, которое в проти­вофазе (вследствие встречного включения катушеки) за счет индук­тивной связи между катушками подается в колебательный контур. Амплитуда колебаний постепенно возрастает до определенного значения (насыщения тран­зистора) и в дальнейшем не изменяется.

Недостатком рассмотренной схемы генератора является большое влияние температуры на амплитуду и частоту вырабатываемых напряжений. Поэтому часто эти схемы дополняют элементами, стабилизирующими параметры гене­рируемых напряжений.

Для получения периодических напряжений низкой частоты (от долей герца до нескольких килогерц) целесообразно в генераторе вместо LC контура использовать RC-цепь (рис. 14.13 б).

Эта замена упрощает конструкцию и снижает массу генератора. В отли­чие от LC-генератора в этой схеме положительная обратная связь образована частотно-зависимой RC-цепью. Если выходное напряжение генератора, снимаемое с коллектора транзистора, подать непосредственно на вход усили­теля (на базу транзистора), то создается отрицательная обратная связь.

Чтобы получить одинаковые фазы выходного и входного напряжений, необходимо напряжение на RC-цепи сдвинуть на 180°. Это осуществляют тремя RC-элементами, каждый из которых позволяет получить фазовый сдвиг на 60°. Несмотря на усложнение схемы генератора, она проста в реализации, особенно для низких частот, так как не требует индуктивных катушек, имеющих боль­шие габариты и массу.

§ 18.5. Различные виды электронных генераторов. Генератор импульсных колебаний на неоновой лампе

В медицине электронные генераторы находят три основных применения:

• — — в физиотерапевтической электронной аппаратуре;

• — — в электронных стимуляторах;

• — — в отдельных диагностических приборах, например в реографе.

Основанием для классификации генераторов электрических ко­лебаний могут быть разные признаки: разновидность техническо­го устройства, область частот, уровень мощности и т. п. Для прак­тического использования генераторов в медицине весьма сущест­венна форма генерируемых электрических колебаний. В этом отношении они подразделяются на генераторы гармонических (си­нусоидальных) и импульсных (релаксационных) колебаний.

В качестве некоторого примера рассмотрим работу генератора импульсных (релаксационных) колебаний на неоновой лампе. Од­на из возможных схем такого генератора показана на рис. 18.6. Здесь Л — неоновая лампа. Такие лампы «зажигаются» при неко­тором строго определенном значении напряжения U₃, а гаснут при меньшем напряжении U_r. Процесс начинается с зарядки кон­денсатора С. На графике зависимости выходного напряжения от времени (рис. 18.7), этот этап показан отрезком ОА, отвечающим уравнению (14.17). В точке А напряжение на конденсаторе дос­тигает значения U₃, достаточного для ионизации газа в неоно­вой лампе, лампа загорается и конденсатор разряжается через нее [см. (14.15)]. В точке В напряжение на лампе станет равнымU_T, лампа гаснет и ее сопротивле­ние значительно возрастает. Конден­сатор опять подзаряжается, и процесс повторяется.

Как видно из (14.17), скорость воз­растания напряжения в такой схеме можно изменять, изменяя параметры R и С. Так, увеличение сопротивления приведет к увеличению времени τ,

участок ОА станет более пологим. Изменение напряжения на уча­стке АВ происходит при разряде неоновой лампы и зависит, следо­вательно, от ее характеристик. Подбирая параметры схемы, мож­но реальный график (см. рис. 18.7) приблизить к идеальному, на­зываемому пилообразным напряжением (рис. 18.8). График зависимости этого напряжения от времени напоминает профиль пилы. В течение времени Т_г напряжение линейно возрастает от U₁ до U₂, затем за время Т₂ оно линейно уменьшается до минимально­го значения. Если требуется более точное приближение к линейно­му изменению напряжения со временем, то применяют более сложные схемы. Пилообразное напряжение используется в генера­торе развертки электронного осциллографа (см. § 18.8).

§ 18.6. Электронные стимуляторы.Низкочастотная физиотерапевтическая электронная аппаратура

Будем, ради краткости, называть физиотерапевтическую элек­тронную аппаратуру низкой и звуковой частоты низкочастот­ной. Электронную аппаратуру всех других частот — обобщающим понятием высокочастотная.

Медицинские аппараты — генераторы гармонических и им­пульсных низкочастотных электромагнитных колебаний — объеди­няют две большие группы устройств, которые трудно четко разгра­ничить: электронные стимуляторы (электростимуляторы) и аппараты физиотерапии. При небольших частотах наиболее су­щественно специфическое, а не тепловое, действие тока. Поэтому лечение током имеет характер стимулирования какого-либо эффек­та раздражением токами. Это обстоятельство, вероятно, и влечет смешение понятий «лечебный аппарат» и «электростимулятор».

Хотя электрическое раздражение мышцы было обнаружено еще в XVIII в., широкое использование электростимуляторов началось лишь в последние десятилетия. В настоящее время имеется много разных электростимуляторов. Но и сейчас важной медицинской и физиологической проблемой остается точное задание выходных параметров электрического сигнала разработчикам электростимуляторов: форма импульса, его длительность, частота импульсного то­ка и скважность следования импульсов (см. гл. 14 и 15).

Электростимуляторы могут быть подразделены на стационар­ные, носимые и имплантируемые (вживляемые). Для полностью имплантируемых электростимуляторов, например кардиостимуля­торов, достаточно серьезной проблемой являются источники питания, которые должны длительно и экономно функционировать. Эта проблема решается как созданием соответствующих источников, гак и разработкой экономичных генераторов. Так, например, желательно иметь генераторы, которые практически не потребляли бы энергию в паузе между импульсами.

В качестве примера стационарного стимулятора широкого назначения можно указать универсальный электроимпульсатор (рис. 18.9). Он представляет собой генератор импульсного тока прямоугольной и экспоненциальной формы. Параметры импульсов и их частота могут регулироваться в широких пределах, так, например, длительность прямоугольных импульсов способна из­меняться дискретно от 0,01 до 300 мс. Аппарат позволяет изме­рять амплитуду импульса тока в цепи пациента. На экране электронно-лучевой трубки (левая сторона лицевой панели) можно на­блюдать форму импульсов на выходе аппарата.

Примером своеобразного стимулятора являютсядефибрилля­торы — аппараты, представляющие собой генераторы мощных высоковольтных электрических импульсов, предназначаемые цля лечения тяжелых нарушений ритма сердца. Дефибриллятор включает накопитель энергии (конденсатор), устройство заряда конденсатора и разрядную цепь. На рис. 18.10 показан внешний вид импульсного дефибриллятора.

Носимым и частично имплантируемым кардиостимулятором является имплантируемый радиочастотный электрокардиостимулятор (рис. 18.11). Имплантируемая его часть (приемник) показана в центре ри­сунка, ее масса 22 г, толщина 8,5 мм. Приемник воспринимает радиосигналы от внешнего передатчика (на рисунке сле­ва). Эти сигналы воспринимаются внутри тела больного имплантируемой частью и в виде импульсов через электроды пода­ются на сердце. В правой части рисунка показан блок питания, который, как и передатчик, носится больным снаружи.

Кособой разновидности электростимуляторов можно отнеститакие, которые способны в закодированной форме передавать ин­формацию, обычно воспринимаемую органами чувств. Подобным стимулятором является кохлеарный протез, преобразующий зву­ковую информацию в электрический сигнал, т. е., по существу, заменяющий улитку внутреннего уха (см. § 6.5). Носимый кохле­арный протез показан на рис. 6.12.

К техническим устройствам электростимуляции относятся также электроды для подведения электрического сигнала к биологической системе. Во многих случаях электростимулирование осуществляется пластинчатыми электродами, которые накладываются на тело чело­века подобно электродам для электрокардиографии (см. § 17.2). Для вживляемых электродов проблемы более серьезные, в том числе и проблема выбора материала, устойчивого к коррозии при прохожде­нии тока в условиях агрессивной биологической среды.

Примером физиотерапевтического аппарата для электротера­пии синусоидальными модулированными токами является «Амплипульс-4» (рис. 18.12, а). В нем частота несущих синусоидаль­ных колебаний равна 5 кГц, частота модулирующих синусоидаль­ных колебаний может плавно регулироваться в пределах 10—150 Гц. Некоторые возможные формы токов, созданные этим генерато­ром, показаны на рис. 18.12, б; соотношение между частотами не­сущих и модулирующих колебаний на рисунке не выдержано.

Автогенератор — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Автогенератор — электронный генератор с самовозбуждением.^[1]

Автогенератор вырабатывает электрические (электромагнитные) колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери (когда петлевой коэффициент усиления больше 1). При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать.

Такие системы называют автоколебательными системами или автогенераторами, а генерируемые ими колебания — автоколебаниями. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы.

Автогенераторы применяются, например, в радиопередающих устройствах.

Существует 2 режима работы автогенератора: мягкий и жесткий режимы.

Мягкий режим характеризуется безусловным быстрым установлением стационарного режима при включении автогенератора.

Жесткий режим требует дополнительных условий для установления колебаний: либо большой величины коэффициента обратной связи, либо дополнительного внешнего воздействия (накачки).

Основными техническими характеристиками автогенератора являются диапазон рабочих частот, стабильность частоты, мощность на выходе. Из них наиболее важной является допустимая нестабильность частоты автоколебаний. Для целей радиопередачи относительная нестабильность частоты может лежать в интервале 10−6…10−15{\displaystyle 10^{-6}…10^{-15}}^[2].

В 1912 году Мейснер (Майснер) (Германия) изобрёл автогенератор на электронной лампе с трансформаторной положительной обратной связью.

Позже были разработаны автогенераторы «индуктивная трёхточка» и «ёмкостная трёхточка».

• Кулешов В.Н., Удалов Н.Н., Богачев В.М. и др. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов. — М.: МЭИ, 2008. — 416 с. — ISBN 978-5-383-00224-7.

Электронный генератор — с русского на все языки

См. также в других словарях:

• Электронный генератор — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды электронных… …   Википедия

• электронный генератор — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electronic generator …   Справочник технического переводчика

• электронный генератор — elektroninis generatorius statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Elektroninis įtaisas nuolatinės srovės šaltinio arba pirminių elektrinių virpesių energijai versti tam tikro dažnio ir pavidalo elektrinių virpesių energija.… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

• электронный генератор — elektroninis generatorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electronic generator; electronic oscillator vok. elektronischer Generator, m rus. электронный генератор, m pranc. oscillateur électronique, m …   Fizikos terminų žodynas

• Генератор сигналов — Генератор сигналов  это устройство, позволяющее получать сигнал определённой природы (электрический, акустический или другой), имеющий заданные характеристики (форму, энергетические или статистические характеристики и т. д.).… …   Википедия

• Генератор колебаний электрический — Электронные генераторы большое множество устройств в радиотехнике и электронике (радиоэлектронике). Генератор представляет собой электронный усилитель охваченный цепью положительной обратной связи с фильтром. Содержание 1 Виды генераторов 2… …   Википедия

• Генератор переменного тока — Эта страница требует существенной переработки. Возможно, её необходимо викифицировать, дополнить или переписать. Пояснение причин и обсуждение на странице Википедия:К улучшению/23 октября 2012. Дата постановки к улучшению 23 октября 2012 …   Википедия

• Генератор, управляемый напряжением — Микроволновый (12 18 ГГц) ГУН Генератор, управляемый напряжением (ГУН)  электронный генератор для управления частотой колебаний при помощи напряжения …   Википедия

• Генератор с мостом Вина — (выделен зеленым) на операционном усилителе. R1=R2, C1=C2 Генератор с мостом Вина  разновидность …   Википедия

• ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП — прибор для наблюдения и фотографирования многократно (до 106 раз) увеличенного изображения объекта, в к ром вместо световых лучей используются пучки электронов, ускоренных до больших энергий (30 1000 кэВ и более) в условиях глубокого вакуума. Физ …   Физическая энциклопедия

• ГЕНЕРАТОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ — мера, воспроизводящая дискретный или непрерывный ряд значений параметров перем. электрич. величины (напряжения, тока) в определ. диапазоне. Применяется в измерит. практике, а также для поверки и регулировки радиотехнических и вычислительных… …   Физическая энциклопедия