Генераторы гармонических колебаний являются одними из наиболее важных и незаменимых элементов различных устройств. Генераторы используют при измерениях, в аппаратуре связи, автоматике и телемеханике. В зависимости от условий работы к генераторам предъявляют разные требования в отношении стабильности частоты, амплитуды и формы колебаний. Генераторы, которые должны обеспечивать относительную нестабильность частоты не хуже 10-6, делают с кварцевой стабилизацией частоты. В этих генераторах кварцевый резонатор определяет все основные параметры. Кварцевые генераторы являются сложными устройствами.
Основное внимание в этой главе будет уделено простым схемам генераторов, к стабильности частоты которых не предъявляется особых требований. Причины, вызывающие нестабильность параметров этих генераторов, известны, и они широко освещены в литературе.
Основными элементами генераторов являются активный элемент и фазосдвигающая цепь. В качестве активного элемента применяют усилительные каскады и устройства с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Фазосдвигающие цепи построены на RC- и LRС-элементах. На частотах выше 100 кГц используют в основном LRС-элементы, а на частотах ниже 20 кГц — генераторы на RС-элементах.
Предъявление повышенных требований к техническим характеристикам RС-генераторов неразрывно связано с применением высококачественных усилителей. Однокаскадные генераторы не могут обеспечить высокую стабильность частоты и амплитуды, а также малые нелинейные искажения. Это объясняется тем, что введение в однокаскадный усилитель ООС по постоянному и переменному сигналам резко снижает усиление. По этой причине RС-генераторы строятся на многокаскадных усилителях с большим коэффициентом усиления.
В аппаратуре находят применение генераторы с фиксированной и с перестраиваемой частотой Генераторы с перестраиваемой частотой имеют значительно более широкие возможности. Однако они конструктивно сложнее. Изменение частоты осуществляется за счет изменения номиналов элементов У? и С. В качестве переменного сопротивления можно использовать полевой транзистор. Расширения пределов изменения емкости можно добиться, включив конденсатор в цепь ООС. Максимальная эквивалентная емкость будет при этом определяться СЭкв = С0с (1 + КУ и), где Kу u — коэффициент усиления усилителя.
В существующих схемах генераторов могут появиться два вида искажений формы сигналов. Во-первых, искажения, возникающие за счет нелинейной схемы стабилизации амплитуды колебаний. Во-вторых, искажения, возникающие в перестраиваемых генераторах за счет нелинейности характеристики полевого транзистора. Искажения первого вида могут быть значительно уменьшены путем добавления цепи с автоматической регулировкой коэффициента усиления активного элемента Для устранения искажений, связанных с нелинейностью полевого транзистора, необходимо уменьшить амплитуду гармонического сигнала, а также применить ООС в управляющем каскаде.
Включение корректирующих элементов в ОУ, которые применяются в устройствах, показано в гл 1