.

СОЗДАНИЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Увы, для создания даже гармонического электричес­кого колебания недостаточно иметь простейший колеб­лющийся объект — например, струну или камертон. Элек­трические колебания создают специальные электронные устройства — генераторы гармонических колебаний. Они могут быть самого различного типа — например, RC-генераторы, LC-генераторы, кварцевые генераторы и др.

Не вникая в тонкости построения схем этих генерато­ров (таких схем многие тысячи), отметим, что они строят­ся на основе усилительных каскадов, охваченных обрат­ной связью. Так называется передача части энергии с выхода усилителя на его вход. Обратная связь может быть положительной или отрицательной. Положительной об­ратная связь будет, если фаза возвращаемого с выхода сигнала совпадает с фазой входного сигнала. При этом сигнал на входе возрастает, что можно трактовать как возрастание коэффициента усиления. Баланс фаз как раз и означает, что на частоте генерации обратная связь положительна. Нетрудно сообразить, что если фаза воз­вращаемого сигнала противоположна фазе входного сиг­нала, то в целом сигнал на входе будет ослабляться, что означает уменьшение коэффициента усиления. Есть и комплексная обратная связь — например, на частотах, отличных от генерируемой генератором.

Для возникновения автоколебаний на частоте генера­ции должны выполняться одновременно два условия:

  • - условие баланса амплитуд
  • - условие баланса фаз

Согласно условию баланса амплитуд, при некоторой амплитуде сигнала на выходе усилителя петлевой коэффи­циент усиления должен быть равен 1. А согласно условию баланса фаз, суммарный фазовый сдвиг усилителя и цепи обратной связи должен быть равен 0 или кратен 2л. Чтобы эти условия создавались на одной частоте, в генераторы вводятся (в усилитель или в цепь обратной связи) частот­но-зависимые цепи — например, RC-цепи в RC-генераторах или LC-контуры в LC-генераторах. Изменением их параметров достигается перестройка частоты генераторов.

На высоких частотах наибольшее распространение получили LC-автогенераторы синусоидальных колебаний. Основа генератора — LC-контур. Он хорошо известен еще из школьного курса физики. При любом внешнем воздей­ствии (например, в момент подключения питания) в контуре возникают гармонические колебания. При этом энергия конденсатора периодически, переходит к индуктивности и наоборот. В идеальном контуре (г=0) это приводит к протеканию в нем синусои­дального тока с указанной частотой (а на контуре действу­ет синусоидальное напряжение с этой же частотой). Для перестройки частоты колебаний (обычно не более чем в 3— 4 раза) используют конденсаторы переменной емкости, а дискретное изменение частоты достигают сменой катушек индуктивности с помощью переключателя.

Сами по себе эти колебания в реальном контуре затухают, поскольку в нем имеется сопротивление потерь контура г, рассеивающее энергию колебаний. Однако обратная связь обеспечивает ввод в контур энергии, что обеспечивает ее восполнение и рост амплитуды возник­ших колебаний. Разумеется, такая обратная связь должна быть положительной. У LC-генератора на частоте колеба­ний должны соблюдаться условия баланса фаз и амплитуд на частоте генерации .Самую низкую нестабильность частоты колебаний (до 0,0001% и ниже) имеют кварцевые генераторы — в них используется возникновение колебаний в кварцевой плас­тине с металлическими обкладками, имеющей пьезоэлек­трические свойства. Под действием напряжения перемен­ного тока на обкладках пластины она начинает колебаться. Пластина уподобляется при этом LC-контуру с очень узкой (из-за механического резонанса пластины) АЧХ.