Задающие автогенераторы. 
Обобщенная схема автогенератора

Автогенератором называют активную электрическую цепь, в которой самостоятельно возникают автоколебания. Автогенераторы или сокращенно генераторы относятся к цепям с обратной связью. По виду колебаний генераторы делятся на генераторы гармонических и негармонических колебаний; по типу обратной связи (ОС) — генераторы с внешней и внутренней ОС; по типу активных элементов — ламповые, транзисторные, на туннельных диодах, операционных усилителях (ОУ) и т. д.; по типу пассивных элементов — LC- и Л’С-генераторы. Существуют и другие признаки классификации — по схемному принципу, по мощности, по используемому диапазону волн, по типу передаваемых сигналов, назначению и т. д. Некоторые из этих признаков будут рассмотрены ниже.

Несмотря на многообразие задающих генераторов, все их можно представить в виде некоторой обобщенной функциональной схемы, изображенной на рис. 6.2, которая включает в себя активную цепь с комплексной передаточной функцией (КПФ) Ж/w) и цепь обратной связи с КПФ #_ос(/'ш) обратной связи.

Комплексная передаточная функция Я₀(/ю) подобной цепи с ОС равна.

где |#(/'со)Я_ос(/'со)| — петлевое усиление; |#(/со)|; |#_ос(/со)| — амплитудночастотные характеристики (АЧХ); ср (со), (р_ос(ю) — фазочастотные характеристики (ФЧХ) цепей прямой и обратной связи.

Как следует из (6.1), необходимым и достаточным условием возникновения колебаний на некоторой частоте со₀ является выполнение следующих условий:

которые называют условием баланса амплитуд и фаз соответственно.

С физической точки зрения баланс амплитуд означает, что при |//(/ш) Яос (/со)| > 1 с увеличением петлевого усиления вели чина амплитуды колебаний возрастает. Однако вследствие нелинейности вольт-амперной характеристики (ВАХ) активного элемента с ростом амплитуды это усиление замедляется, и при выполнении условия равенства в (6.2) колебания приближаются к стационарному режиму. Условие (6.3) означает, что для обеспечения положительной обратной связи (ПОС), необходимой для режима самовозбуждения генератора, фазы напряжений на входе и выходе активного элемента должны совпадать.

Обычно автогенератор гармонических колебаний содержит нелинейный резонансный усилитель (НРУ), состоящий из активного элемента и колебательной системы (контур) и цепи ПОС (рис. 6.3).

/.С-генераторы. На рис. 6.4 приведена широко используемая схема LC-генератора с внешней индуктивной ОС. Процесс генерации колебаний в этой схеме описывается нелинейным дифференциальным уравнением [28, 31].

где S (u_oc) = di_k / du_oc — дифференциальная крутизна ВАХ транзистора. При работе в линейном режиме S (u_k) = S = const, и уравнение (6.4) упрощается:

называют эквивалентным коэффициентом затухания контура; со₀ = 1 / л/LC — резонансная частота контура. Решение (6.5) имеет известный вид где.

где А, 0 — постоянные интегрирования, определяют амплитуду и фазу колебаний генератора, которые находятся из начальных условий; со_с = - а] —.

частота генерируемых колебаний.

Баланс фаз в данной схеме обеспечивается за счет соответствующих величин катушек L_oc, а баланс амплитуд — выбором взаимной индуктивности М Очевидно, что для возникновения колебаний необходимо выполнение условия сц < О, откуда с учетом (6.6) получаем условие самовозбуждения генератора:

где М_кр — критическое значение индуктивности, при превышении которого в цепи возникают автоколебания.

Условие (6.8) можно было получить и непосредственно из условия баланса амплитуд (6.2), если воспользоваться эквивалентной схемой замещения транзистора (рис. 6.5).

Из схемы следует, что при Я, >> z_k получим откуда следует баланс амплитуд.

Для обеспечения мягкого режима самовозбуждения цепи (рабочая точка б на линейной части ВАХ) и перехода к жесткому, более эффективному режиму (точка а на ВАХ) при установлении стационарных колебаний в цепь ОС вводят обычно цепочки автоматического смещения R_BC_B (рис. 6.6).