LC-автогенераторы

Общие положения

Генератор, или автогенератор - это самовозбуждающаяся система, в которой энергия источника питания постоянного тока преобразуется в энергию переменного сигнала нужной формы и частоты. Без сомнения, генераторы являются весьма важным элементом электроники.

Генераторы бывают:

• низкочастотные (НЧ) - до 100 кГц
• высокочастотные (ВЧ) - от 0, 1 до 100 МГц
• сверхвысокочастотные (СВЧ) - выше 100 МГц

По форме колебаний генераторы делятся на гармонические (синусоидальные) и негармонические (импульсные). По способу возбуждения - с внешним возбуждением и с самовозбуждением (автогенераторы).

В чём же суть генерации колебаний? Не надолго обратимся к физике. Из этой самой физики известно, что если к цепи, состоящей из параллельно соединенных кондера и катушки индуктивности, кратковременно подключить источник постоянного тока (рис. 1), то будет происходить следующий процесс. Кондер зарядится до некоторого значения и опосля этого начнет разряжаться через катушку. Катушка в этот момент по сути будет накапливать энергию.

Рис.1 - Создание колебаний в контуре

После того, как кондер разрядится (а катушка, соответственно, накопит энергию), процесс пойдет в обратном порядке, т. е. накопленная в катушке энергия будет заряжать кондер и т. д. Другими словами, в этой цепи, которая называется параллельный колебательный контур, будут происходить колебания. В идеальном контуре эти колебания будут незатухающими, т. е. во времени будут продолжаться бесконечно. Но поскольку катушка имеет некое конечное сопротивление, да и кондер не подарок, в контуре будут потери энергии, и колебания, соответственно, будут постепенно затухать. На рис. 2 показана картина в реальном контуре.

Рис. 2 - Затухающие колебания в контуре

Вообще, вроде затухание должно проходить по экспоненте. Короче, ни формул, ни всяких доказательств и прочей ерунды писать не буду, важно понять суть процесса. Если вкраце, то кратковременно замкнув ключ К в контуре возникают затухающие колебания. Процесс понятен?

Едем дальше. Так, затухающие колебания получили. Что же сделать, чтобы они были незатухающими? Очевидно, что в контур надо добавлять потерянную энергию. Ключом клацать бессмысленно, значится надо воткнуть какой-то электронный прибор, который будет пополнять потери энергии в контуре.

Теперь отвлечёмся от контуров и постмотрим на упрощенную структуру автогенератора.

Рис. 3 - Структура автогенератора

Здесь мы видим какой-то треугольник и прямоугольник. УЭ - это усилительный элемент с коэффициентом передачи К, а ПОС - это положительная обратная связь с коэффициентом передачи β. Колебания в этой системе возникнут только при соблюдении двух условий. Их надо запомнить:

1. Условие баланса амплитуд:
   β K≥ 1
2. Условие баланса фаз:
   φ ₁ + φ ₂ = 2π n,

где n - 0, ±1, ±2,...

И ещё раз, генерация колебаний происходит при выполнении двух условий: условия баланса фаз и условия баланса амплитуд.

LC-автогенераторы

LC-генератор так называется, потому что в нём используется LC-контур. Это, в принципе, понятно. Итак, обобщенная схема LC-автогенратора показана на рисунке 1.

Рис.1 - LC-автогенератор

Вот такая несложная схемка. Элементы R1, R2, R3C3 обеспечивают необходимый режим по постоянному току усилительного элемента и его термостабилизации. Элементы L2C2 образуют параллельный колебательный контур.

В момент включения питания в коллекторной цепи транзистора VT появляется коллекторный ток, зараяжающий емкость С2 контура L2С2. В следующий момент времени заряженный кондер разряжается на катушку индуктивности. В контуре возникают свободные затухающие колебания частотой f₀ = 1 / 2π √ L2C2.

Переменный ток контура, проходя через катушку L2 создает вокруг неё переменное магнитное поле, а это поле в свою очередь наводит в катушке L1 переменное напряжение, которое вызывает пульсации тока коллектора транзистора VT. Переменная составляющая коллекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нём усиленное переменное напряжение.

Трёхточечные схемы автогенераторов