В Бессонов - Радиоэлектроника для начинающих (и не только)

Если условия самовозбуждения выполняются не только для одной частоты, а для нескольких частот или какой-то полосы частот, то появляются колебания сложной формы (в том числе прямоугольной), состоящей из нескольких гармонических составляющих или большого числа гармоник.

Автогенераторы по виду элементов, входящих в звенья обратной связи, подразделяются на LC - автогенераторы (высокочастотные) и RC-автогенераторы (низкочастотные)

LC-автогенераторы синусоидальных колебаний выполняют обычно на однокаскадном усилителе, в котором LC-контур включают как звено положительной обратной связи последовательно с транзистором или параллельно ему. Второй вид включения LC-звена был рассмотрен в § 8.1.

Этот тип автогенератора имеет существенное преимущество, заключающееся в том, что элементы колебательного LC-контура находятся под низким напряжением. Такой автогенератор довольно часто применяется в устройствах промышленной электроники. Однако большим к.п.д. и большей мощностью генерируемых колебаний обладает автогенератор, схема которого изображена на рис. 8.3, где LC-контур включен последовательно с транзистором по отношению к источнику питания.

Рис. 8.3. Схема генератора синусоидальных колебаний, в котором LC-контур включен последовательно с транзистором

Элементы LC-контура находятся под более высоким напряжением, чем в рассмотренном автогенераторе. Это приводит к тому, что конденсатор той же емкости надо выбирать большего размера.

Чтобы избавиться от этого недостатка и сохранить достоинства, которые отмечались, LC-контур включают через разделительный конденсатор С рпараллельно (рис. 8.4).

Рис. 8.4. Схема генератора синусоидальных колебаний, в котором LC-контур включён параллельно с транзистором

Конденсатор С рне пропускает постоянную составляющую тока в индуктивную катушку I к. Дроссель L pпредотвращает короткое замыкание контура по переменной составляющей через источник питания Е с. Такой генератор называют генератором с параллельным питанием в отличие от генератора с последовательным питанием. Разновидностью последнего типа автогенератора является трехточечный автогенератор, в котором LC-контур включается не двумя точками, как обычно, а тремя.

Различают два типа трех точечных автогенератором: индуктивный трехточечный автогенератор («индуктивная трехточка») и емкостный трехточечный автогенератор («емкостная трехточка»). Включение LC-контура тремя точками позволяет снимать сигнал обратной связи непосредственно с резонансного контура.

На рис. 8.5, а изображена схема индуктивного, а на рис. 8.5, б — емкостного трехточечного автогенератора.

Рис. 8.5. a) LC — генератор, собранный по схеме индуктивной трехточки; б)LC — генератор, собранный по схеме емкостной трёхточки; в)схема генератора синусоидальных колебаний на операционном усилителе.

Анализ обеих схем показывает, что для создания колебательного контура, настроенного в резонанс, необходимо, чтобы реактивные проводимости противоположных ветвей контура при идеальных конденсаторах и индуктивных катушках были равны:

для индуктивной трехточки

для емкостной трехточки

Условие баланса фаз в трехточечных автогенераторах выполняется благодаря тому, что напряжение обратной связи U ос(рис. 8.5) и напряжение на контуре U Kпо отношению к шине «—» Е с(знак ) находятся в противофазе. Условие баланса амплитуд на заданной частоте создается регулированием значений индуктивностей L1, L2 или емкостей C1, С2.

В автогенераторах могут наблюдаться искажения синусоидальной формы колебаний, что означает соблюдение условий самовозбуждения для гармонических составляющих, близких к основной гармонике с частотой ω 0. Подобное явление обычно наблюдается в устройствах, у которых добротность контуров мала.

Чтобы исключить указанное явление, необходимо применять контуры с добротностью не менее 100. Кроме того, искажение формы генерируемых колебаний может происходить при большом коэффициенте обратной связи β : чем больше β , тем больше будет искажена форма генерируемых колебаний. Действительно, несмотря на ослабление контуром других, гармонических составляющих, близких к резонансной, для них все же будет выполняться условие баланса амплитуд. Регулировать величину β довольно затруднительно, поэтому обычно вводят отрицательную обратную связь. Например, в схеме рис. 8.5, а в истоковую цепь включают переменный резистор R и. Изменением сопротивления этого резистора можно добиться оптимального значения коэффициента передачи звена отрицательной обратной связи, а следовательно, хорошей синусоидальной формы генерируемых колебаний.

Изменение частоты автоколебаний осуществляется изменением емкости конденсатора С кколебательного контура в схеме рис. 8.5, а , а в схеме рис. 8.5, б — изменением индуктивности катушки колебательного контура L к, что не всегда удобно, так как при этом нужно перемещать сердечник катушки или изменять число ее витков. Поэтому чаще применяют автогенератор с индуктивной трехточкой.

Изменение емкости конденсатора обычно осуществляют механическим перемещением одной из обкладок воздушного конденсатора. В последнее время в качестве конденсатора колебательного контура используют варикап, емкость которого изменяется путем изменения постоянного напряжения, подаваемого на варикап, что значительно упрощает перестройку частоты автоколебаний.

Отметим, что LC-автогенераторы выполняются и на операционных усилителях, но на частотах не свыше 15 МГц. Это объясняется тем, что выпускаемые в настоящее время операционные усилители на частотах свыше 15 МГц имеют, как правило, коэффициент усиления, равный единице. Принципиальная схема такого автогенератора изображена на рис. 8.5, в . Резисторы R1 и R2 образуют цепь отрицательной обратной связи. Резонансный LC-контур включен как звено положительной ОС.