Загальні принципи генерування коливань
Відомо, що з нічого нічого не народжується. Щоб виробити в природі яку-небудь дію, скажімо, створити рух, треба затратити певну енергію. Коливання, в тому числі і електричні, - один з видів руху. Енергія м'язів потрібна, щоб розгойдати гойдалку, енергія пари або води, скопилася перед греблею, - щоб розкрутити турбіну і виробити струм промислової частоти (50 Гц). Точно так само енергія джерела електроживлення дозволяє порушити радіочастотний генератор, який, по суті справи, є перетворювачем енергії постійного струму в енергію високочастотних коливань - їх можна посилити і підвести до антени радіопередавача.
У самих перших радіопередавачах, наприклад, функції генерування і посилення коливань поєднувалися в одному пристрої, виконаному на потужній радіолампи (а ще раніше - на искровом або дуговому розряднику або машині високої частоти). Згодом виявилося доцільніше генерувати коливання порівняно малою потужності (але зате високостабільні), а потім посилювати їх до потрібного рівня. Генератори, в яких самостійно виникають коливання, називаються самовозбуждающимися, або автогенераторами, а підсилювачі потужності високочастотних коливань часто називають генераторами з стороннім збудженням.
Малопотужні генератори - гетеродины - є майже в кожному радиовещательном і телевізійному приймачі. Вони є частиною перетворювача частоти - пристрій, що служить для перенесення сигналу з прийнятої частоти на так звану проміжну частоту, на якій і відбуваються основне підсилення, фільтрація та обробка сигналу. Такий приймач називають супергетеродинным.
Автогенератор містить зазвичай підсилювальний елемент, вихід якого з'єднаний з входом ланцюгом зворотного зв'язку (ОС), як показано на рис. 44.
Полярність коливань, надходять на вхід ланцюга ОС, повинна бути такою, щоб підтримувати вже наявні в системі коливання, збільшуючи їх амплітуду Така ОС називається позитивною (ПОС). При коефіцієнті передачі петлі підсилювальний елемент - ланцюг ОС більше одиниці досить найменшого поштовху, навіть теплових флуктуацій, щоб у автогенератори виникли коливання. Їх амплітуда буде зростати до тих пір, поки не запрацює якийсь стримуючий механізм, знижує підсилення, наприклад, поки не настане обмеження амплітуди в підсилювальному елементі.
Релаксаційні генератори
Якщо в генераторі застосувати широкосмугові підсилювач і ланцюг ОС (широкосмугові - значить пропускають широку смугу частот, від найнижчих до досить високих), вийде релаксаційний генератор. Процес самозбудження в ньому відбувається настільки швидко, що не встигає пройти навіть одного циклу (періоду) коливань, як підсилювальний елемент виявляється в режимі насичення (обмеження). Після цього пристрій повинен деякий час "відпочити" (relax - відпочивати), щоб повернутися у вихідний стан, після чого процес повториться.
Релаксаційні генератори виробляють несинусоїдальні коливання. На їх основі створюють генератори коротких імпульсів прямокутного, трикутного або якого-небудь іншого напруги спеціальної форми. Їх використовують, наприклад, для генерування напруги розгортки в телевізорах. Котушок індуктивності в релаксаційних генераторах найчастіше немає (винятком є трансформатор в блокінг-генератора), а частота або період коливань визначається тривалістю зарядки-розрядки конденсаторів через резистори, тобто постійною часу RC-ланцюгів (t = RC).
Один з найпростіших релаксаційних генераторів зазвичай виконують на тригері Шмітта (рис. 45,а) - пристрої, вихідна напруга якого може приймати два значення - висока (скажімо, 5) і низький (Про). Якщо напруга на вході тригера зростає, то при певному її значенні (наприклад, 3) вихідна напруга стає низьким, а при зниженні вхідної напруги нижче іншого порогу (наприклад, 2) - високим. Таким чином, характеристика передачі тригера Шмітта має вигляд прямокутної петлі гістерезису, на що і вказує фігура на його умовному позначенні. На те, що вихідна напруга інвертоване, тобто, має зворотну полярність щодо вхідного, вказує гурток на вихідному виведення мікросхеми. Готові тригери Шмітта є в різних серіях цифрових мікросхем, що випускаються промисловістю.
Цей генератор так. Після його включення конденсатор С1 розряджений, напруга на виході DD1 - висока. Конденсатор С1 починає заряджатися через резистор R1, і через деякий час напруга на ньому досягає верхнього порогу перемикання тригера (3). Вихідна напруга стрибком знижується до нуля, і конденсатор починає розряджатися через резистор. Коли напруга на ньому знизиться до нижнього порогу перемикання (2), вихідна напруга стрибком віці р. Такий процес буде періодично повторюватися - виникнуть автоколивання. Форма напруги на конденсаторі близька до трикутної (рис. 45,б), а на виході генератора - прямокутна (рис. 45,в).
Розглянемо ще один широко поширений релаксаційний генератор, виконаний на дискретних елементах, - мультивібратор (рис. 46).
По суті справи - це двухкаскадный транзисторний підсилювач зі зв'язком між каскадами через розділовий конденсатор С1. Конденсатор С2 з'єднує вихід підсилювача з входом, створюючи ОС. Оскільки кожен каскад інвертує сигнал, після двох каскадів сигнал виявляється неинвертированным, а зворотний зв'язок - позитивною. R1 і R4 - резистори навантаження каскадів, a R2 і R3 - резистори зміщення, що задають деякий початковий струм бази, що забезпечує насичення транзисторів.
На колекторах транзисторів формуються протифазні імпульси, за формою близькі до прямокутним. Якщо номінали резисторів і конденсаторів однакові, імпульси будуть однакової тривалості - такий мультивібратор називають симетричним. При різних номіналах деталей імпульси стануть несиметричні - один напівперіод коротше, інший довше. Мультивібратор стає несиметричним.
Схем релаксаційних генераторів багато, з ними можна познайомитися в радіотехнічної літературі, присвяченій імпульсної техніки. Сьогодні подібні пристрої в більшості випадків виконують на цифрових мікросхемах, що простіше, зручніше і надійніше.
Автор: Ст. Поляків, р. Москва