Генераторы синусоидальных колебаний

Генераторы синусоидальных колебаний находят самое широкое Применение в различных системах радиолокационных устройств:

- в качестве мощных генераторов ВЧ колебаний в передатчиках РЛС;

- в качестве маломощных генераторов в супергетеродинных прием­никах, в аппаратуре защиты от пассивных помех (когерентный гетеродин);

- с качестве генераторов модулирующих и опорных напряжений;

- в качестве задающих устройств, в схемах формирования им­пульсов и др.

Основным элементом генераторов синусоидальных колебаний яв­ляется колебательный контур (слайды 28). В состав реального колебательного контура входит катушка индуктивности L емкость C активное сопротивление R. Эти величины называются параметрами колебательного контура.

Зависимость периода Т и частоты собственных колебаний f₀ от параметров контура определяется формулами:

; (Cек); ; (Гц);

Физические процессы, происходящие в контуре, рассмотрим на примере схемы (рис. 5.1 б), для простоты предполагая, что активное сопротивление R в контуре отсутствует. Если зарядить конденсатор С от источника постоянного тока до напряжения U_max=Е, поставив для этого переключатель в положение "I", то конденсатор получит запас потенциальной энергии:

Эта энергия будет сосредоточена в электрическом поле между кладками конденсатора.

Если в какой-то момент t₀ поставить переключатель в положение "2", то образуется колебательный контур, в котором конденсатор С получит возможность разряжаться через катушку индуктивности L. В колебательном контуре появится нарастающий с течением времени ток I. Напряжение на конденсаторе начинает падать от максимального значения Umax до нуля, а ток через катушку L увеличивается от нуля до максимального значения.

Через некоторое время, в момент t, конденсатор полностью разрядится, ток в катушке достигнет максимального значения. Вся энергия электрического поля превратилась в энергию магнитного поля

С момента t₁ максимальный ток, ничем не поддерживаемый (U_C=0), начинает постепенно уменьшаться до нуля, сохраняя прежнее давление. Мгновенному уменьшению тока до нуля противодействует образующаяся при этом ЭДС самоиндукции, имеющая обратное направление по отношению к первоначальному. При этом конденсатор С начинает перезаряжаться, и в момент времени t₂ напряжение на конденсаторе достигает максимального значения. Ток упадет до нуля.

Энергия магнитного поля катушки перешла в энергию электрического поля конденсатора.

Если бы в контуре отсутствовали потери на излучение, на активном сопротивлении R, то: W_C = W_L и такой периодический процесс свободных колебаний в контуре был бы незатухающим.

Время Т, в течение которого напряжение или ток совершают один полный цикл своих изменений, называется периодом колебания.

Число колебаний (периодов) в 1 с называют частотой колебаний.

(с); (Гц).

Из выражения можно сделать вывод:

- чем больше ёмкость и индуктивность контура, тем больше период (Т) и меньше частота собственных колебаний контура (f₀);

- учитывая, что частота передающих устройств современных локаторов составляет сотни и тысячи МГц, величины С и L контуров, встающих на этих частотах, очень малы.

Например: при f ≈ 1600 МГц С = 10^-12 Ф; L = 10^-8 Гн, т.е.

Колебательный контур без потерь построить нельзя, так как на активном сопротивлении элементов контура будет затрачиваться ка­кая-то часть энергии, следовательно, от периода к периоду энергия электрического поля конденсатора будет уменьшаться, будет уменьшаться и амплитуда, напряжения на конденсаторе. Такие колебания называются затухающими (рис. 5.2а, слайды 89, 29).

Чем больше потери в контуре, тем резче происходит затухание колебаний. Однако в контуре с любыми потерями собственная частота колебаний остается неизменной и зависящей только от параметров контура L и C.

Стабильность частоты собственных колебаний контура, главным образом, зависит от влияния внешних факторов:

- вводимых в контур из вне реактивных сопротивлений;

- изменения параметров L и С под воздействием температу­ры или механических влияний.

Для стабилизации частоты собственных колебаний используются:

- изоляция контура от механического воздействия и изменения температуры внешней среды;

- специальные элементы в контуре (кварцы) с высокостабильными параметрами.

В большинстве случаев в радиотехнических устройствах используются каскады, вырабатывающие незатухающие синусоидальные колеба­нии (рис. 5.2 б).

В отдельных случаях для обеспечения работы схем требуется несколько периодов (или десятков периодов) синусоидальных колебаний.

Например:

А. В схемах формирования масштабных отметок дистанции через равные интервалы времени (периоды) задающим устройством, обеспечивающим требуемую периодичность следования импульсов, является генератор синусоидальных колебаний.

На рис. 5.3 (слайд 90, 30)

представлен (упрощенно) принцип по­лучения масштабных отметок дистанции с использованием в качестве задающего генератора генератор синусоидальных колебаний. Из рисунка видно, что период (Т) и стабильность частоты следования вы­ходных импульсов зависят от периода и стабильности частоты задающих синусоидальных колебаний и не зависят от их амплитуды. Поэтому для получения последовательности из десятков импульсов вполне применимы затухающие синусоидальные колебания.

Для создания спиральной развертки на мишенях специальных электронно-лучевых трубок (потенциалоскопов), которые применяются в схемах защиты РЛС от помех.

На отклоняющие (горизонтальную и вертикальную) катушки пода­йся синусоидальные затухающие колебания со сдвигом фаз 90° (рис. 5.4, слайды 91, 31).

Из рисунка видно, что под воздействием магнитного поля отклоняющих катушек луч будет совершать спиральное движение по экрану (мишени) потенциалоскопа. Количество витков спирали соот­ветствует количеству периодов колебаний.

Амплитуда синусоидальных колебаний и степень затухания обуслов­ливают минимальный диаметр спиральной развертки и плотность (шаг) ее витков.

В Для синхронизации работы генераторов релаксационных колебаний (например, блокинг-генератора).

Второй учебный вопрос.