1 Введение

Автономный источник синусоидальных колебаний, работающий в ре­жиме самовозбуждения, называется генератором. Он является преобразова­телем энергии источника питания (постоянного тока) в энергию колебаний переменного тока требуемой частоты.

Автогенераторы, частота выходных колебаний которых определяется цепями, состоящими из сопротивлений и емкостей, называются RС-генераторами. К RС-генераторам предъявляются определенные требования в отношении стабильности частоты и амплитуды при изменениях окружающих условий, а также допустимых искажений формы колебаний.

Структурная схема RС-автогенератора может быть представлена в виде замкнутой системы (рис. 1), содержащей: фазирующую цепь (ФЦ), состоя­щую из конденсаторов и резисторов и определяющую частоту колебаний; усилитель (У), служащий для компенсации потерь в фазирующей цепи и нагрузке; нелинейный элемент (НЭ), ограничивающий амплитуду колебаний; источник питания (ИП).

Рисунок 1

Усилитель, необходимый для RС-генератора, может быть выполнен на лампах, транзисторах или интегральных схемах. Ограничение амплитуды в современных RС-генераторах обычно осуществляется с помощью внешнего инерционного элемента (ИНЭ) (термистор, лампочка накаливания) или используется автоматическая регулировка коэффициента передачи одного из звеньев.

В генераторе (рис. 1) энергия с выхода усилителя через фазирующую цепь и нелинейный элемент подводится ко входу усилителя. Когда подводимый к усилителю сигнал находится в фазе с входным, т.е. в системе действует положительная обратная связь, то при определенных условиях мощность сигнала на выходе становится достаточной, чтобы скомпенсировать потери в фазирующей цепи, нелинейном элементе и нагрузке. При этом в системе устанавливаются колебания, амплитуда и частота которых не зависит от времени. Такой режим работы автогенератора называется стационарным.

При построении RС-автогенераторов большое распространение получили фазирующие цепи в виде Г-образного и двойного Г-образного четырехполюсников. Генераторы с такими цепями выполняются, как правило, на базе усилителей с отрицательной обратной связью, введение которой улучшает ряд свойств усилителя, а соответственно и автогенератора. Функциональная схема такого генератора приведена на рис. 2,

Рисунок 2.

где:

- коэффициент передачи фазирующей цепи;

- коэффициент передачи усилителя, который в общем случае является функцией частоты и амплитуды;

- коэффициент передачи цепи отрицательной обратной связи, который, кроме того, может зависеть и от амплитуды сигнала.

Цепь ООС обычно выполняется частотонезависимой, т.е.

Из рис. 2 следует;

Откуда

Последнее выражение позволяет получить условие возникновения автоколебаний

(1)

где:

- коэффициент передачи усилителя с отрицательной обратной связью. Неравенство (Та) можно представить в виде двух выражений:

(2)

Следовательно, для возникновения колебаний в системе необходимо, чтобы на частоте ω₀ суммарный фазовый сдвиг был равен 2πn, а произведение модулей было больше единицы. Чтобы возникшие колебания были устойчивыми (стационарный режим), необходимо неравенство (2) обратить в строгое равенство и поддерживать его неизменным во времени. При этом выражении (2) дают известные условия стационарности колебаний – баланса фаз:

и амплитуд -

Для обеспечения постоянства колебаний во времени должны выполняться условия устойчивости частоты колебаний, т.е.

условие устойчивости амплитуды, т.е.

где А - амплитуда установившихся колебаний. Т.к. обычно , то последнее условие может быть удовлетворено, либо при и линейном β, либо при и линейном усилителе. Чаще всего используется последнее условие.