Глава шестнадцатая. Электронные генераторы. Осциллографы

16-1. Генераторы синусоидальных напряжений

Переменные токи высокой частоты применяются в устройствах радиосвязи, для некоторых медицинских аппаратов и в промышленных установках для нагревания металлов и диэлектриков.

Переменные токи высокой частоты получают преимущественно от ламповых генераторов.

Ламповым генератором называется устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии постоянного тока в электрическую энергию переменного тока заданной частоты с помощью электронных ламп.

По способу получения колебаний, или, как говорят, по способу возбуждения, ламповые генераторы делятся на генераторы с независимым возбуждением и генераторы с самовозбуждением. У первых из них напряжение заданной частоты подается на вход от независимого (постороннего) источника переменного напряжения, так что по существу эти генераторы являются усилителями колебаний переменного тока. У вторых, т. е. у генераторов с самовозбуждением, незатухающие колебания возникают за счет воздействия выходной цепи генератора на его входную цепь через положительную обратную связь.

Генераторы в зависимости от характера цепи, в которой создаются колебания, можно разделить на генераторы с колебательным контуром типа LC и генераторы без колебательного контура — типа RC.

а) Генераторы типа LC

В ламповом генераторе энергия источника постоянного тока преобразуется в энергию переменного тока высокой частоты, которая, как показано в § 6-8, определяется параметрами колебательного контура LC. Электронная лампа в этом процессе преобразования энергии является регулятором, при посредстве которого энергия периодически вводится в колебательный контур, откуда она передается и в нагрузочную цепь.

Одна из возможных схем лампового генератора дана на рис. 16-1.

При включении источника анодного напряжения конденсатор С колебательного контура зарядится до напряжения После этого конденсатор начнет разряжаться на катушку L колебательного контурами в контуре возникнут колебания (§ 6-8) с собственной частотой Катушка обратной связи соединена с сеткой лампы, поэтому напряжение на сетке будет определяться индуктированной в катушке э. д. с., имеющей частоту

Рис. 16-1. Схема лампового генератора типа LC.

Для самовозбуждения генератора и для получения незатухающих колебаний необходимо выполнить два условия: 1) напряжение, подаваемое на сетку Лампы от катушки обратной связи, должно быть сдвинуто по фазе на 180° относительно переменной составляющей анодного напряжения, т. е. обратная связь должна быть положительной, 2) обратная связь должна быть достаточно сильной, с тем чтобы переменная составляющая анодного тока была достаточной для компенсации потерь в контуре. При выполнении указанных условий в анодной цепи лампы возникает пульсирующий ток (рис. 14-36, а), характер которого зависит от напряжения смещения Постоянная составляющая тока не может попасть в колебательный контур, так как этому мешает разделительный конденсатор и она замыкается через источник питания и разделительную катушку Переменная слагающая анодного тока при высокой частоте не может попасть в источник питания из-за большого реактивного сопротивления разделительной катушки и она проходит через колебательный контур. Так как она совпадает по фазе с напряжением колебательного контура, то обеспечивается периодическая передача энергии этому контуру.

Цепь нагрузки состоит из потребителя (рис. 16-1) и катушки индуктивно связанной с катушкой L колебательного контура. Таким образом, энергия из колебательного контура к потребителю передается через посредство магнитного потока, пронизывающего катушки взаимной индукции .

б) Генераторы типа RC

Ламповые генераторы типа LC применяются преимущественно при частотах выше 20 кГц.

Рис. 16-2. Схема генератора типа RC.

Для получения более низких частот чаще пользуются более простыми, дешевыми и удобными в эксплуатации генераторами типа RC (рис. 16-2), у которых взамен колебательного контура используется сопротивление нагрузки , а обратная связь выполняется при помощи цепочки, состоящей из резисторов R и конденсаторов С.

Рис. 16-3. Векторная диаграмма напряжений для трех звеньев

Рассмотрим упрощенную векторную диаграмму напряжений цепочки, состоящей из трех сопротивлений R и трех емкостей С (рис. 16-3). Для упрощения допустим, что током в каждом последующем звене RC можно пренебречь по сравнению с током в предыдущем звене. При указанной оговорке анодное напряжение ил, приложенное к звену состоит из двух слагающих напряжений: напряжение на емкости опережающего ток на угол 90°, и напряжения на сопротивлении совпадающего по фазе с током и опережающего по фазе напряжение на некоторый угол . Этот угол при некоторых значениях может иметь значение 60°.

К активному сопротивлению присоединено второе звено напряжение на активном сопротивлении которого также опережает напряжение на

Аналогично напряжение опережает на угол Таким образом, для рассмотренной цепочки при определенной частоте выходное напряжение находится в лротивофазе к входному напряжению

Следовательно, в схеме рис. 16-2 сеточное напряжение находится в противофазе с анодный напряжением лампы т. е. выполнено условие, необходимое для генерирования колебаний. Частота колебаний определяется параметрами цепочки обратной связи:

Изменение частоты требует одновременного изменения всех сопротивлений или всех емкостей цепочки.

Можно доказать, что напряжение на сопротивлении приложенное к сетке, составляет 1/29 часть напряжения на первом звене Из сказанного следует, что усилитель должен иметь коэффициент усиления .

Колебания получаются синусоидальными только при условии, что коэффициент усиления . При колебания будут несинусоидальными, а при колебания прекращаются.