Что такое автогенератор в электронике

Автогенераторные устройства

Генератором электрических колебаний называется устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока требуемой формы. В зависимости от формы выходного напряжения различают: генераторы гармонических колебаний и генераторы негармонических колебаний (импульсные или релаксационные генераторы).

Не зависимо от формы выходного напряжения любой генератор может работать в одном из двух режимов: автоколебаний и запуска внешними импульсами.

Генератор, работающий в режиме автоколебаний, обычно называются автогенератором. Выходное переменное напряжение формируется на его выходе сразу после подключения напряжения питания и не требует для начала работы подачи внешнего управляющего воздействия.

Генераторы, работающие в режиме запуска внешними импульсами, после подключения источника питания могут долго находиться в устойчивом состоянии, не формируя выходное переменное напряжение. При подаче управляющего сигнала на вход такого генератора, на его выходе формируется выходной сигнал, параметры которого определяются собственными характеристиками устройства. Такой режим работы называют ждущим или заторможенным.

Большое распространение получил ждущий режим, получивший свою реализацию в мультивибраторах. Мультивибратор – релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи (ПОС).

Различают два вида мультивибраторов:

а) автоколебательные, которые не обладают состоянием устойчивого равновесия;

б) ждущие, которые обладают одним состоянием устойчивого равновесия и поэтому часто называются одновибраторами.

Автогенераторный режим работы применяется в устройствах, используемых в основном в качестве задающих генераторов, а ждущий – в устройствах, преобразующих форму импульсов к требуемому виду.

Структурная схема автогенератора приведена на рисунке 10.14.

Рисунок 10.14 – Структурная схема автогенератора

Соединив два четырехполюсника, как это показано на рисунке 10.14, получим усилительное устройство со встроенным каналом обратной связи, обеспечивающим суммирование выходного сигнала четырехполюсника с коэффициентом передачи с входным сигналом четырехполюсника , то есть реализацию ПОС.

Автогенераторы гармонических колебаний широко используют в измерительной технике.

Различают следующие основные типы автогенераторов: низкочастотные (до 100 кГц); высокочастотные (от 100 кГц до 10 МГц) и ультравысокочастотные (свыше 10 МГц).

Основными функциональными элементами автогенератора являются активный элемент, выполненный в виде усилительного устройства для обеспечения баланса амплитуд, и фазосдвигающая цепь, обеспечивающая баланс фаз. Простейший автогенератор гармонических колебаний может быть реализован на однокаскадном усилителе, снабженном цепью ПОС. Фаза выходного сигнала в транзисторном каскаде, выполненном по схеме включения с общим эмиттером (ОЭ), оказывается сдвинутой относительно входного на угол, равный π. В то же время баланс фаз требует сдвига фаз ΔΨ = 2 πn_r (n_r = 0, 1, 2…). Поэтому автогенератор на однокаскадном усилителе можно получить, если за счет внешней фазосдвигающей цепи обеспечить дополнительный сдвиг фазы выходного сигнала на угол равный π.

В реальных автогенераторах такой фазовый сдвиг в каналах обратной связи осуществляют двумя способами: посредством магнитной (трансформаторной) связи, реализующей LC – схемы, и с помощью резистивно-емкостной связи в RC – схемах.

Для реализации резистивно-емкостной связи в цепь ПОС можно включить RC – контур (Г-образную ячейку) (рисунок 10.15, а).

Рисунок 10.15 – Резистивно-емкостная цепь (а), ее векторная диаграмма (б) и

схема трехзвенной цепи ПОС (в)

Для такой цепи фазовый сдвиг Δφ = π достигается только при ω→ ∞. Поэтому для получения Δφ = π на некоторой, отличной от бесконечности, частоте необходимо каскадно включать минимально две такие цепи. Полагая, например, и выбирая значениеХ_С = 1/ ωС = R, получаем сдвиг фаз (рисунок 10.15, б) |φ| = arctg = π/3. Поэтому для обеспечения требуемого φ = π используют, как показано на рисунке 10.15 в, трехзвенную комбинацию Г-образных ячеек. Для получения синусоидального выходного напряжения применяются генераторы, использующие в цепи ПОС колебательный контур (рисунок 10.16,а).

Рисунок 10.16 – Схема последовательного колебательного контура (а) и переходной процесс изменения в нем тока (б)

Включая колебательный контур в цепь ОС транзисторного усилительного каскада, и обеспечивая в системе баланс амплитуд и фаз, получаем автогенератор синусоидальных колебаний. На рисунке 10.17 приведена схема простейшего автогенератора с колебательным L_KC_K – контуром и взаимоиндуктивной обратной связью.

В колебательном контуре, включенном в коллекторную цепь транзистора VT, под действием напряжения питания возникают затухающие синусоидальные колебания. Взаимоиндуктивная связь дросселей L_CB и L_K обеспечивает передачу сигнала обратной связи с дополнительным сдвигом фаз на угол φ = π, что позволяет обеспечить в схеме баланс фаз.

Рисунок 10.17 – Схема автоколебательного LC-генератора

Если параметры транзисторного каскада выбрать с учетом выражения

где K_U (ω) = U₂ (ω)/ U₁ (ω) – модуль коэффициента усиления на частоте ω;

B_U(ω) = (ω) /(ω) – модуль коэффициента передачи на частоте ω,

то в данной схеме будет выполнено и условие баланса амплитуд, что приведет к установлению устойчивых колебаний выходного напряжения.

Условия (10.9) и (10.10) являются условиями самовозбуждения генератора, где (10.10) – условие баланса фаз, а (10.9) – условие баланса амплитуд.

Элементы L_Ф и С_Ф, включенные в цепь питания транзистора VT, обеспечивают протекание переменной составляющей коллекторного тока VT, минуя источник питания U_П.

Рассмотренные LC – генераторы оказываются малоэффективными при низких частотах из-за необходимости применения в колебательном контуре катушки индуктивности и конденсатора с большими номиналами. Поэтому при низких частотах более предпочтительны автогенераторы RC – типа.

Читать:

Как снять троса кпп гранта

Автогенератор

Автогенератор — электронный генератор с самовозбуждением.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.

Тема 2.5. Электронные генераторы и измерительные приборы

Электронные аналоговые и цифровые измерительные приборы используются измерениях постоянных и переменных электрических сигналов, в первую очередь амплитуды, частоты, фазы, а также при измерениях и анализе характеристик нестационарных и быстропротекающих процессов. Электронные приборы включают последовательность электронных измерительных преобразователей, с помощью которых производится обработка измерительной информации и извлечение из нее размера требуемой физической величины, отображение полученных значений в аналоговом или цифровом виде. При этом надо иметь в виду, что наличие цифрового дисплея еще не делает сам прибор цифровым, если вся обработка информационного сигнала осуществляется в аналоговой форме.

По сравнению с электромеханическими приборами электронные имеют значительно большие функциональные возможности и большую точность, а в силу большого входного сопротивления позволяют значительно уменьшить возможное влияние на источник сигнала.

Электронные приборы уступают цифровым и микропроцессорным по многим показателям. Однако у них есть качества – прямое преобразование сигнала, независимость от программного обеспечения, работа в реальном времени и наглядность представления информации, что во многих случаях делает их незаменимыми. Прежде всего эти качества востребованы при наладке и настройке радиоэлектронного оборудования, в т.ч. и измерительного, при отладке методик измерения. Кроме того многие аналоговые электронные приборы, которые по сути есть измерительные преобразователи реального времени, являются базой для создания на их основе соответствующих цифровых и микропроцессорных приборов.

Э лектронные генераторы

Устройства, преобразующие электроэнергию источника постоянного тока в незатухающую энергию электрических колебаний расчетной частоты и формы, называются электронные генераторы.

Такие генераторы приобрели популярность в электронике, компьютерной технике, радиоприемниках. Генераторами может выдаваться сигнал частотой до нескольких мегагерц. Форма выходного напряжения имеет формы синусоиды, прямоугольника и пилы.

Автогенераторы

Автогенератор – это радиотехническое устройство, предназначенное для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний. В автогенераторе, колебания возникают без постороннего воздействия при включении источника питания.

Автогенератор можно представить как усилитель с положительной

Система уравнений для комплексных амплитуд 1-й гармоники сигнала:

где — амплитуда гармонического напряжения на контуре (колебательная система фильтрует все гармоники, кроме 1-й); — эквивалентное сопротивление контура на частоте 1-й гармоники сигнала; — комплексный коэффициент обратной связи.

Совместное решение дает основное уравнение АГ в комплексной форме по 1-й гармонике сигнала:

Это уравнение распадается на уравнения для произведения модулей и суммы фаз, соответственно называемые уравнениями баланса амплитуд

и фаз, где — сдвиг фаз между и , — сдвиг фаз между и , — сдвиг фаз между и .

Уравнение баланса амплитуд указывает на необходимость пополнения энергии в контур за счет цепи обратной связи, которое покрывало бы потери в нем, а уравнение баланса фаз — на соблюдение условия фазировки: дополнительные колебания, вводимые в контур, должны совпадать по фазе с уже существующими. Количество дополнительной энергии можно регулировать за счет модуля коэффициента обратной связи К, а фазирование — за счет его фазы. Поскольку электронный прибор поворачивает фазу сигнала на величину, близкую к π, то согласно балансу фаз, на такую же величину должен происходить поворот фазы сигнала и за счет цепи обратной связи.

Разорвем ОС для анализа баланса амплитуд

Мягкий режим самовозбуждения требует незначительного скачка, например при включении питания. Но колебания происходят в режиме колебаний первого рода, который характеризуется малым КПД.

— наклон прямой, соединяющий любую точку кривой с началом координат.

Характеристика ОС зависит от К и сопротивления нагрузки.

— условие самовозбуждения АГ

Нагрузочная характеристика АГ

Колебательная характеристика автогенератора

Жесткий режим самовозбуждения возможен только в режиме колебаний второго рода, который характеризуется высоким КПД, но требуется большой начальный скачек для возникновения колебаний.

— самовозбуждения не будет. Для самовозбуждения АГ сначала должен быть в мягком режиме.

Для того чтобы АГ возбуждался в мягком режиме, а в стационарном состоянии работал в энергетически выгодном режиме с отсечкой тока, применяют автоматическое смещение на управляющий электрод усилительного элемента.

Для ламп и полярных транзисторов смещение по