Б) Генераторы на биениях

Основу таких приборов составляют два высокочастотных генера-тора, один из которых имеет постоянную частоту а частота второгоf₂ плавно изменяется в некоторых пределах. Напряжения этих частот через буферные каскады ¹ поступают на смеситель (рис. 5-3). На выходе смесителя образуются комбинационные частоты (типа ±mf₂ ±nf1, где m и n — целые числа) и в том числе частота f = f₂ — f_1. Значения частот f1 и f2 выбирают такими (~ 200 кГц), чтобы разностная частота лежала в диапазоне низких частот. Через фильтр нижних частот проходит лишь разностная частота f, напряжение которой усиливается в усилителе низкой частоты и подается на выход.

К достоинствам генераторов на биениях можно отнести возмож-ность перестройки низкой частоты во всем диапазоне без переключения пределов и сравнительно простая электронная перестройка частоты для автоматического снятия амплитудно-частотных характеристик, но схема генератора на биениях сложна и относительная нестабильность низкой частоты, особенно на нижнем краю диапазона, велика по сравнению с генераторами других типов. Поэтому эта схема применяется сравнительно редко. Примерами промышленных приборов подобного типа могут служить генераторы ГЗ-18, ГЗ-5, ГЗ-104.

¹ Буферные каскады (усилители, катодные или эмиттерные повто-рители) здесь необходимы для предупреждения явления «захватывания частоты», суть которого заключается в том, что при достаточно сильной связи между двумя генераторами, настроенными на близкие частоты,частота менее мощного генератора может скачком измениться до частоты более мощного.

В) RС-генераторы

Наибольшее распространение среди низкочастотных генераторов получили из-за своей простоты и надежности генераторы RС-типа.

Их задающий генератор представляет собой двухкаскадный усили-тель на резисторах с положительной обратной связью (рис. 5-4). Положительная обратная связь осуществляется через фазирующий делитель,образованный резисторами и конденсаторами R₁, С1, R₂, С₂ и предназначенный для обеспечения условий самовозбуждения лишь на одной частоте. Если исключить фазирующий делитель, то фазовые условия самовозбуждения будут выполняться для большого спектра частот и генератор, собранный по такой схеме будет генерировать несинусоидальные колебания.

Для самовозбуждения необходимо выполнение условия

Условие (5-1) определяет:

1) условие баланса амплитуд

K·β=1;

2) условие баланса фаз

φ+𝛙 = 2𝛑n, где n=1, 2 ...

Так как схема генератора обычно строится на основе двух каскадного усилителя на резисторах, для которого φ = 2𝛑*. то для выполнения условия баланса фаз угол ф должен быть равен нулю.

¹ Образуется схема мультивибратора.

* Разделительные цепи усилителя вносят малые фазовые сдвиги, и поэтому при анализе пренебрегаем ими.

На основании рис. 5-4

и на этой частоте β = ¹/₃. Поэтому баланс амплитуд выполняется при К = 3. На практике применяют усилитель с большим коэффициентом усиления К', но вводят дополнительную отрицательную обратную связь,снижающую общий коэффициент усиления К до трех.

При этом цепь отрицательной обратной связи выполняет и другую задачу — автоматически поддерживает уровень выходного напряже-ния задающего генератора неизменным (при изменении, например, питающего генератор напряжения).

Цепь отрицательной обратной связи (рис. 5-4) представляет собой делитель напряжения, образуемый обычно инерционной нелинейностью (термистором Rr,) и резистором R_K, включаемым в цепь катода лампы Л1.

Убедимся в том, что для автоматического поддержания заданного уровня выходного напряжения в цепь отрицательной обратной связи действительно необходимо ввести инерционную нелинейность, и определим необходимый характер изменения этой нелинейности.

Очевидно, что U_вых = K'U_C._K, где К' — коэффициент усиления при разомкнутых цепях обратных связей; U_C._K = U_вых1 — U_к — напряжение на участке сетка — катод лампы Л1

Так как U_Bх = β U_вых1 и U_K = yU_aux, где у — коэффициент отрица-тельной обратной связи, легко получить условие установившихся колебаний:

K'(β-Y)=1/

Так как β — константа на частоте генерации, то из (5-2) следует,что при увеличении по какой-либо причине коэффициента усиления К'коэффициент отрицательной обратной связи y также должен увеличиваться, и наоборот. Именно так и происходит в рассматриваемой схеме, коэффициент отрицательной обратной связи которой определяется выражением:

Если выходное напряжение возрастает, то увеличивается ток в цепи отрицательной обратной связи, а это приводит к уменьшению сопротивления термистора (см. § 3-4). В соответствии с выражением (5-3) увеличивается коэффициент обратной связи у и выходное напряжение приближается к своему номинальному значению. Когда же выходное напряжение уменьшается, ток через термистор также уменьшается и его сопротивление возрастает. Коэффициент обратной связи уменьшается, из-за этого коэффициент усиления К' возрастает, и опять напряжение на выходе приближается к номинальному значению.

Величину отрицательной обратной связи и исходный режим терми-стора путем изменения сопротивлений резисторов R_p и R_K выбирают так,чтобы входные напряжения ламп усилителя u_вxl и и_вх2 не выходили за пределы линейных участков анодно-сеточных характеристик. Этим обеспечивается генерирование синусоидальных

колебаний с малыми нелинейными искажениями.

Иногда, в качестве нелинейного элемента в цепи отрицательной обратной связи применяют небольшие лампочки накаливания, сопро-тивление нити которых, наоборот, возрастает с увеличением тока.В этом случае для получения нужной регулировочной характеристики цепи отрицательной обратной связи лампочки накаливания ставят вместо резистора R_K, а термистор заменяют обычным резистором.

Частоту генератора -перестраивают либо изменением емкостей C1и С₂, либо изменением сопротивлений резисторов R1 и R₂.

В практике приборостроения иногда используют задающие генера-торы, выполненные на базе однокаскадного усилителя на лампе или транзисторе. На рис. 5-5 представлена схема транзисторного однокаскадного задающего R С-генератора. Так как однокаскадный усилитель даст сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями в 180°, то для выполнения фазовых условий самовозбуждения в цепь положительной обратной связи нужно включить фазосдвигающую цепочку, обеспечивающую дополнительный сдвиг на 180°. Такие цепочки выполняются на резисторах и конденсаторах. При выполнении условий С₁ = С₂ = С₃ = С и R1 = R₂ = R ₃ = R генерируемая частота определяется формулой

а коэффициент усиления каскада должен быть не менее 29.

Достоинством рассмотренного ЗГ является его простота, а недостатками — худшая форма генерируемых колебании и отсутствие автоматической регулировки уровня выходного напряжения.

Основные характеристики некоторых низкочастотных генераторов даны в табл. 5-1.

• Установленное по шкале генератора значение частоты.