книги / Электрорадиоизмерения

щих устройств, при измерениях нелинейных искажений, при испытаниях различных устройств автоматики и т. д.

Измерительные генераторы этой группы называют иногда звуковыми, что обусловлено наличием у них звукового диапазона. Практически же многие из низкочастотных генераторов промышленного типа кроме колебаний звуко­ вых частот обеспечивают также получение колебаний ультразвуковых и инфразвуковых частот.

Требования, предъявляемые к низкочастотным изме­ рительным генераторам различны и зависят от их назна­ чения. Наиболее высокие требования предъявляются к гене­ раторам, используемым для испытания усилителей зву­ ковой частоты (например, при измерениях нелинейных иска­ жений), низкочастотной части приемников и т. д.

В зависимости от способа получения колеб>аний тре­ буемой частоты на выходе генераторов последние делятся на генераторы основных колебаний и генераторы на бие­ ниях, у которых рабочая частота определяется как разность частот двух высокочастотных генераторов.

В зависимости от схемы возбудителя низкочастотные генераторы могут быть типа LC и RC. Генераторы обоих типов работают на принципе использования положительной обратной связи в усилителе.

Генераторы типа LC. Генераторы типа LC характерны тем, что в качестве колебательной системы, в них исполь­ зуется колебательный контур, состоящий из индуктив­ ности и емкости, величина которых определяет частоту колебаний. Звуковые LC-генераторы в радиоизмерительной аппаратуре выполняются в основном на фиксирован­ ные частоты, как, например, модулятор частоты 400 и 1000 Гц в генераторе стандартных сигналов Г4-18А, генера­ тор частоты 1000 Гц питания универсальных мостов и т. д.

Основными элементами LC-генератора являются коле­ бательный контур, источник энергии и элемент управления (электронная лампа или транзистор) поступлением энергии из источника питания в контур для получения в нем неза­ тухающих колебаний. Схемы LC-генераторов могут быть различными в зависимости от соединения основных его элементов, т. е. подключения контура к электронной лампе или транзистору.

На рис. 5-1 приведена простейшая схема LC-генератора синусои­ дальных колебаний, выполненная на ламповом триоде.

Аналогичная схема генератора на транзисторе с общим эмиттером приведена на рис. 5-2,

Принцип работы генератора основан на использовании положи­ тельной обратной связи и усилительных свойств триода. Рассмотрим работу генератора на примере схемы на рис. 5-1.

При включении питания, т. е. в момент подачи энергии в контур LC, в нем создаются свободные колебания частоты

(5-4)

2nVLC

Магнитное поле этих колебаний наводит за счет взаимоиндукции М в катушке связи Lc э. д. с. такой же частоты, котррая управляет анод­ ным током лампы. В результате в анодном токе лампы появится пере­ менная составляющая такой же частоты, которая несет энергию в контур для получения в нем вынужденных, т. е. незатухающих, колебаний. Блокировочный конденсатор шунтируя внутреннее сопротивление источника питания, уменьшает на нем непроизводительное падение напряжения переменной составляющей анодного тока, а следовательно, и увеличивает ее усиление. Аналогичное назначение имеет конден­ сатор С'б.

Для получения незатухающих колебаний в контуре необходимо соблюдение двух условий: баланса фаз и баланса амплитуд.

Первое условие означает, что в схеме генератора должна сущест­ вовать такая обратная связь, котеэрая обеспечивает совпадение фаз напряжения на нагрузке (контуре) 0 Ки входного напряжения обратной связи 0 СВ, т. е. э. д. с., приложенной к участку сетка — катод. Нуж­ ная фаза входного напряжения обеспечивается соответствующим под­ ключением концов катушки связи.

Второе условие означает, что усиление лампы должно быть доста­ точным для компенсации потерь в контуре и в цепи обратной связи.

Принцип работы транзисторного генератора аналогичен принципу

и выходным сопротивлением, что затрудняет согласование значитель­ ного резонансного сопротивления контура с выходным сопротивлением

транзистора, шунтирующим контур и тем самым снижающим его доброт­ ность. Для уменьшения влияния выходного сопротивления транзистора в схеме на рис. 5-2 используется не полное включение LC-контура.

Параметры транзистора зависят от окружающей температуры, изменения которой влияют на проводимость переходов, а соответственно и на изменение токов коллектора и эмиттера, т. е. на первоначально установленный режим по постоянному току (рабочую точку) транзис­ тора. Кроме того, изменения температуры влияют на коэффициент усиления транзистора, что также ухудшает стабильность частоты и амплитуды генератора.

Недостатком транзисторных схем является также значительная емкость коллекторного и эмиттерного переходов и ее зависимость от приложенного напряжения. В схеме, приведенной на рис. 5-2, значи­ тельная емкость выхода транзистора (эмиттер — коллектор), шунтиру­ ющая контур, понижает его добротность и уменьшает коэффициент пере эггия диапазона.

я уменьшения влияния емкости и выходного сопротивления транзистора на параметры колебательного контура применяют ряд специальных мер, усложняющих схему генератора.

Достоинством генераторов на транзисторах является их малые масса и габариты. Кроме того, низкое напряжение питания и малая выходная мощность облегчают борьбу с излучением сигнала в окружа­ ющее пространство, а использование в генераторах маломощных тран­ зисторов не требует специальных мер для их охлаждения.

Непосредственное подключение нагрузки к контуру возбудителя нарушает нормальную работу генератора — вносит дополнительное затухание в контур, создает нестабильность частоты колебаний, а изме­ нение характера нагрузки приводит к изменению частоты колебаний и даже их срыву. Поэтому для устранения или ослабления влияния нагрузки на работу генератора между ними включают буферный каскад, отбирающий по возможности минимальную мощность от задающего генератора и усиливающий ее до необходимого уровня.

Буферный каскад транзисторных LC -генераторов обычно представ­ ляет собой эмиттерный повторитель (усилитель по схеме с общим коллектором), достоинством которого является его высокое входное сопротивление, слабо шунтирующее колебательный контур возбудителя. Это обеспечивает более высокую стабильность колебаний генератора.

Генераторы на биениях. На рис. 5-3 изображены блоксхема простейшего генератора на биениях и кривые, по- ясняющие-его работу.

Основу данного прибора составляют два высокочастот­ ных генератора, из которых один имеет постоянную частоту Д, а другой — плавно меняющуюся частоту Д. Частота этих генераторов должна различаться между собой на звуковую частоту, т. е. Д — Д = F.

Напряжения частот Д и Д подаются на вход детектора,

сборке и монтаже стараются, чтобы и тепловой режим у этих генераторов был одинаковым, так как температура — это основной дестабилизирующий фактор, влияющий на изменение частоты колебаний генераторов.

При выборе частоты задающих генераторов необходимо учитывать, что с увеличением /, и /2 снижается стабиль­ ность их разностной частоты. Поэтому обычно частота их должна быть в 5—10 раз больше частоты звукового генера­ тора.

Для установки нуля прибора, т. е. для уравнивания и /2 при нулевом показании шкалы генератора звуковой

частоты, служит дополнительный конденсатор переменной емкости С4 (рис. 5-3, а)> влияющий на /2. Для получения определенной расстройки относительно звуковой частоты генератора в схеме применен другой дополнительный кон­ денсатор Ся, изменяющий /ь а соответственно и F = — /2.

Достоинством генератора на биениях является возмож­ ность плавного изменения частоты в широком диапазоне, т. е. отсутствие необходимости переключения поддиапа­ зонов. Кроме того, за счет использования дополнительных конденсаторов обеспечивается точная установка нуля (равен­ ство частот высокочастотных генераторов прибора) и плав­ ная расстройка на любой частоте диапазона звукового генератора на биениях. Выходное напряжение генераторов на биениях практически не зависит от частоты.

Недостатком звуковых генераторов на биениях является сложность их схемы, связанная с использованием двух ВЧ-генераторов, необходимость тщательной экранировки, применение фильтров и т. д. Кроме того, генераторы на биениях имеют большие массу и габариты.

Примером генератора промышленного типа на биениях является прибор ГЗ-47, выполненный на транзисторах и имеющий диапазон частот, перекрываемый двумя под­

пом генератора синусоидальных колебаний инфразвуковых и звуковых частот благодаря ряду их преимуществ по сравнению с генераторами типа LC.

LC-reнераторы, имеющие высокие технические характе­ ристики в диапазоне высоких частот, в низкочастотном диапазоне резко ухудшают свои технические показатели, а в инфракрасном непригодны совсем ввиду увеличения габаритов и массы индуктивностей, приводящего к чрезвы­ чайно низкой добротности колебательного контура.

Наибольшее распространение /?С-генераторы получили в схемах измерительных приборов потому, что при неслож­ ной схеме и констрчукции они позволяют получать доста­ точно стабильные колебания по частоте, форме и величине амплитуды выходного напряжения в широком диапазоне частот (от инфразвуковых до ультразвуковых). Кроме того, генераторы этого типа просты в обращении, компактны. Одним из недостатков генераторов этой группы является невозможность достаточно точной установки частоты в верх­ ней части диапазона.

Рис. 5-4. Блок-схема генератора синусоидальных колебаний с рези­ стивно-емкостной настройкой.

Принцип работы /?С-генераторов основан на примене­ нии частотно-избирательных свойств /?С-цепей, включен­ ных в цепь обратной связи усилителя.

Среди измерительных диапазонных генераторов типа RC наибольшее распространение получила схема генера­ тора с последовательно-параллельным делителем в цепи

и цепи обратной связи, которые вместе образуют возбу­ дитель синусоидальных колебаний, и буферного каскада.

Прежде всего покажем, что условия самовозбуждения генератора обеспечиваются лишь на одной определенной частоте, зависящей от параметров цепи делителя.

Действительно, выходное напряжение UBHx распреде­ ляется между элементами Zx и Z2 делителя, включенного в цепь обратной связи, пропорционально их сопротивле­ ниям, а именно:

Следовательно,

Обычно активные и реактивные составляющие сопро­ тивлений Zx и Z2 соответственно равны между собой

Решение этого уравнения относительно со дает следую­ щую формулу для определения частоты возбуждаемых синусоидальных колебаний:

ш==яс

ИЛИ

С учетом выражения (5-8) формула (5-7) примет вид:

Следовательно, коэффициент передачи цепи обратной связи на частоте настройки равен 1/3, т. е. для получения баланса амплитуд необходимо, чтобы усилитель имел коэф­ фициент усиления

Назначение двухкаскадного усилителя состоит не только в усилении подводимой энергии, но и в получении поло­

жительной обратной связи. Объясняется это тем, что в однокаскадном резистивном усилителе выходное напря­ жение сдвинуто относительно его входного на 180°, а в двух­ каскадном — на 360° Частотно-зависимая цепь RC создает

чительно больше Ккр = 3, то это означает, что синусоидаль­ ные колебания неискаженной формы, первоначально воз­ никшие при включении питания, будут возрастать, пока не наступит ограничения амплитуды, обусловленного конеч­ ной величиной напряжения питания. Следовательно, форма кривой выходного напряжения будет отличаться от сину­ соидальной, т. е. в выходном напряжении возбудителя по­ явятся дополнительные гармонические составляющие.

Для устранения этих нелинейных искажений выходного сигнала в схему возбудителя помимо положительной об­ ратной связи (ПОС) вводится также нелинейная инер­ ционная отрицательная обратная связь (ООС), параллель­ ная по выходу и последовательная по входу, приводя­ щая к стабилизации амплитуды и формы выходного сиг­ нала.

В качестве инерционного нелинейного элемента может быть использован термистор или вакуумная лампа с вольф­ рамовой нитью накала. Термистор вследствие своего луч­ шего регулирующего действия получил более широкое распространение, чем лампа накаливания. Сопротивление термистора зависит от температуры, а следовательно, и от величины протекающего через него тока, причем эта зави­ симость временная. Тепловая постоянная времени терми­ сторов, используемых в /?С-генераторах, обычно значи­ тельно превосходит наибольший период генерации возбу­ дителя. Поэтому сопротивление термистора и величина ООС за один период колебаний почти не изменяются.

Нелинейный инерционный элемент (рис. 5-5) включается в одно из плеч делителя напряжения цепи ООС, состоящего из резистора R, сопротивления нелинейного элемента R T и сопротивления обратной связи R oc. Термистор, имеющий отрицательный ТКС, включается в верхнее плечо делителя напряжения цепи ООС, а лампа, обладающая положитель­ ным ТКС, — в нижнее плечо.

При введении в схему возбудителя нелинейной ООС цепь положительной и отрицательной обратной связи образует мост. К одной диагонали моста подключен вход,

а к другой — выход усилителя. Поэтому функциональную схему возбудителя RC-генератора, приведенную на рис. 5-5, часто называют схемой /?С-генератора с мостом Вина.

Действие ООС с инерционным нелинейным элементом объясняется следующим образом.

С возрастанием выходного напряжения Ueux по дели­ телю цепи ООС протекает увеличенный ток.

Это приводит к изменению сопротивления нелинейного элемента цепи ООС, т. е. к уменьшению R T(в случае исполь­ зования термистора) и увеличению /?л = R oc (при исполь­ зовании лампы накаливания). При этом в том и другом случае произойдет увеличение напряжения ООС, т. е. уменьшение (/вх, а соответственно и (7,шх, что автоматически поддерживает баланс амплитуд при очень малых нелиней­ ных искажениях.

Схемы диапазонных #С-генераторов выполняются как на лампах, так и на транзисторах.

На рис. 5-6 приведена упрощенная ламповая схема возбудителя /?С-генератора. Схема представляет собой