Экранировка генератора необходима для устранения или значительного ослабления нежелательного излучения электромагнитной энергии, создающего радиопомехи, т.е. обеспечивает защиту от внешних помех.
Выходное сопротивление генераторов имеет определенное значение, наиболее распространенные: 600, 75, 50, 15, 10, 5 Ом. Нужная величина выходного сопротивление выбирается исходя из условий решаемой измерительной задачи, например, из условий согласования выходного сопротивления генератора с волновым сопротивлением подключаемого кабеля.
Независимо от назначения, принципа действия и схемы генератор любых из перечисленных колебаний (кроме параметрических схем генерации) состоит из:
нелинейного усилителя;
цепи положительной обратной связи (ОС);
источника питания постоянного тока.
что касается формы и частоты выходных сигналов, они определяются только параметрами самого генератора.
Генератор гармонических колебаний в своем составе обязательно должен содержать узкополосную колебательную систему. Принцип действия релаксационных генераторов основан на зарядно-разрядных или накопительно-поглощающих явлениях, протекающих в широкополосных цепях положительной обратной связи.
Генератор синусоидальных колебаний (как и колебаний любой формы и частоты) можно представить в виде обобщенной структурной схемы (рис. 3.1), состоящей из нелинейного резонансного усилителя с комплексным коэффициентом усиления К и цепи положительной обратной связи с комплексным коэффициентом передачи по напряжению.
Рисунок 3.1 – Обобщенная структурная схема генератора
Условия самовозбуждения генератора синусоидальных колебаний состоят в следующем. для возбуждения и генерации колебаний часть их энергии с выхода усилителя (точнее, с колебательной системы) подается на его вход по организованной для этого случая цепи положительной обратной связи. Другими словами, подобное устройство «возбуждает само себя» и поэтому называется генератором с самовозбуждением.
Механизм возбуждения колебаний в автогенераторе упрощенно можно представить следующим образом. В момент запуска в колебательной системе автогенератора возникают свободные колебания, обусловленные включением источников питания, замыканием цепей, электрическими флуктуациями и т. п. Благодаря наличию положительной обратной связи эти первоначальные колебания усиливаются и растут по амплитуде. Причем на первом этапе, пока амплитуды малы, усиление имеет практически линейный характер и автогенератор может рассматриваться как линейная система.
Энергетически процесс нарастания амплитуд объясняется тем, что за один период колебания усилитель сообщает контуру энергии больше, чем она расходуется за это же время в контуре. С ростом амплитуд начинает проявляться нелинейность системы (кривизна вольтамперной характеристики усилителя) и усиление снижается до уровня, при котором только компенсируется затухание колебаний в контуре, т. е. когда энергия, отдаваемая усилителем в контур за один период, равна энергии, расходуемой за это же время в колебательном контуре. В результате амплитуда выходных колебаний автогенератора достигает некоторого установившегося уровня и потом становится практически постоянной. В данном случае говорят о стационарном режиме работы автогенератора.
В основном генератор синусоидальных колебаний является задающим генератором (возбудителем). Задающий генератор создает колебания стабильные по частоте и амплитуде в требуемом диапазоне частот. В зависимости от схемного решения задающего генератора измерительного генератора делят на:
LC-генераторы;
Генераторы на биениях;
RC-генераторы.
В LC-генераторах, для которых выполняется условие балансов амплитуд и фаз, частота в основном определяется резонансом колебательного контура:
, (3.2)
Упрощенная структурная схема современного LC-генератора на операционном усилителе представлена на рис. 3.2-а. Усилитель автогенератора охвачен двумя цепями обратной связи, обеспечивающими режимы балансов амплитуд и фаз. Баланс амплитуд устанавливается цепью отрицательной обратной связью, состоящей из резисторов R1, R2. С ее помощью задается требуемый коэффициент усиления собственного усилителя. Баланс фаз обеспечивает цепь положительной обратной связью, состоящая из резистора R и параллельного колебательного LC-контура.
Рисунок 3.2 – Упрощенные структурные схемы LC-генератора
а)- на операционном усилителе; б)- с кварцевой стабилизацией
К этому типу генераторов относится генератор с кварцевой стабилизацией частоты. Данный способ стабилизации основан на применении в электрических схемах кварцевого резонатора вместо элементов LC-контуров. Упрощенная схема LC-генератора с кварцевой стабилизацией представлена на рис. 3.2-б.
Кварцевый генератор представляет собой помещенную в кварцедержатель тонкую прямоугольную пластинку минерала кварца, грани которой определенным образом ориентированы по отношению к осям кристалла. При воздействии на кварцевую пластинку переменного электрического поля в ней возникают упругие механические колебания (обратный пьезоэффект), приводящие, в свою очередь, к появлению электрических зарядов на гранях пластинки. Кварцевые генераторы по другому называют опорными генераторами и относятся к типу ОГ4-.
Основными недостатками LC-генераторов являются громоздкость колебательного контура и сложность его перестройки. Для создания генератора требуются большие емкости и индуктивности. Изготавливаются они на узкий диапазон частот либо на одну или несколько фиксированных частот, вследствие чего широкого распространения они не получили.
В генераторах на биениях задающий генератор состоит из двух высокочастотных, близких по частоте маломощных генераторов LC-типа; смесителя и фильтра низких частот (рис. 3.3).
Рисунок 3.3 – Структурная схема генератора на биениях
Генератор фиксированной частоты генерирует колебания частоты f1; генератор регулируемой частоты генерирует колебания с частотой f2, которая плавно регулируется в некоторых пределах. Напряжения этих частот через буферные каскады (катодные или эмиттерные повторители) поступают на смеситель. В результате взаимодействия колебаний с частотами f1 и f2 на выходе смесителя образуются колебания серии комбинационных частот (т и п - целые числа) и частоты f, равной разности частот f2- f1. Фильтр низких частот задерживает высокие частоты и выделяет разностную частоту, т.е. частоту биений f, напряжение которой усиливается в усилителе низких частот и через аттенюатор подается на выход.
Значения частот f1 и f2 выбирают такими, чтобы разностная частота лежала в диапазоне низких частот (например, f1 = 180 кГц, f2= 180…200 кГц, = 0…20 кГц).
Недостатком генераторов на биениях является сложность схемы и относительная нестабильность низкой частоты. Однако эти генераторы применяют в измерительной технике, так как выходное напряжение в них не зависит от частоты, и весь диапазон выходных частот плавно меняется с изменением емкости переменного конденсатора в колебательном контуре генератора регулируемой частоты.
Достарыңызбен бөлісу: |
