7.2. Генерирование электрических колебаний

Генерирование незатухающих электрических колебаний необходимой частоты и формы осуществляется с помощью генераторов с самовозбуждением, называемых задающими генераторами или автогенераторами. В современных радиоэлектронных устройствах применяется большое количество разновидностей автогенераторов. Вместе с тем каждый из них состоит из источника электрической энергии, усилительного прибора (электронная лампа или транзистор), колебательной системы и цепи обратной связи (индуктивная, емкостная или другого вида).

Рассмотрим принцип действия лампового автогенератора с последовательным анодным питанием и индуктивной обратной связью (смотреть статью под номером 7.6, а).

При подключении автогенератора к источнику питания в анодной цепи триода протекает постоянный ток, который заряжает конденсатор Ск колебательного контура. В результате этого в контуре CKLK возникает процесс генерирования свободных колебаний. Как указывалось, для поддержания колебаний незатухающими необходимо подводить к нему дополнительную энергию с частотой, равной частоте собственных колебаний. Эту роль выполняет триод и система обратной связи. Проходящий по катушке LK ток создает в ней переменное магнитное поле, которое наводит в индуктивно связанной катушке обратной связи LCE переменную ЭДС. В цепи сетки лампы возникает переменное напряжение, а в анодной цепи появляется переменный ток, совпадающий по частоте со свободными колебаниями контура. Вместе с тем через лампу протекает и постоянный ток. Таким образом, через анодную цепь лампы проходит пульсирующий ток, который может быть представлен в виде алгебраической суммы постоянной а0 и переменной а составляющих. Переменная составляющая создает в колебательном контуре вынужденные колебания. Поскольку эти колебания совпадают по частоте и фазе со свободными, в контуре возникает процесс незатухающих колебаний или самовозбуждение автогенератора.

Основным недостатком рассмотренного автогенератора является то, что колебательный контур находится под высоким анодным напряжением. Поэтому имеется опасность электрического поражения оператора при работе с аппаратурой.

Этого недостатка лишен автогенератор с параллельным анодным питанием (смотреть статью под номером 7.6, б). В схеме предусмотрены элементы автоматического разделения пульсирующего анодного тока на постоянную и переменную составляющие в виде дросселя Др и разделительный конденсатор Ср. Поскольку дроссель представляет собой катушку с большим числом витков, его индуктивное сопротивление велико, и переменная составляющая тока через него не проходит. В то же время, обладая незначительным активным сопротивлением, он обеспечивает пропускание постоянной составляющей тока лампы. Разделительный конденсатор Ср выбирается таким, чтобы его емкостное сопротивление было бы весьма незначительным для переменной составляющей данной частоты и очень большим для постоянной составляющей, что практически равноценно разрыву цепи постоянного тока.

При эксплуатации радиоэлектронные устройства находятся в условиях со значительными изменениями температуры, давления и влажности воздушной среды. Это вызывает механические деформации деталей и монтажных элементов в схемах, что нарушает стабильность частоты генерируемых колебаний. Изменение напряжения источников питания и появление Вредных связей между каскадами также приводит к ухудшению стабильности частоты генерируемых колебаний.

Большая загруженность летного состава и требования лаконичности передаваемой и принимаемой информации в условиях полета требует бесподстроечной связи, а это, в свою очередь, требует особых мер по обеспечению высокой стабильности частот работы приемопередающей аппаратуры. Это требование еще более повышается при эксплуатации радиостанций с фиксированной настройкой, в которых переход с одного канала связи на другой осуществляется с помощью автоматики.

Частоты передатчика стабилизируются кварцевыми пластинками, вырезанными определенным образом из монокристалла кварца.

Использование кварцевых пластин для стабилизации частоты радиоаппаратуры основано на использовании пьезоэлектрического эффекта кварца. Он проявляется в возникновении на гранях кварца электрических зарядов при воздействии на него знакопеременных механических деформаций. Этот эффект обратим: при воздействии знакопеременного заряда в пластине кварца возникают механические колебания, которые вызывают на его гранях появление переменных электрических зарядов.

Таким образом, если к кварцевой пластине подвести переменное напряжение, в ней возникают механические колебания, которые, в свою очередь, вызывают на ее гранях появление электрических зарядов. Кварцевая пластина, как и любая упругая механическая система, имеет определенную частоту собственных колебаний. В том случае, когда частота возбуждающего переменного тока совпадает с этой частотой, возникает явление резонанса, т. е. кварцевая пластина эквивалентна колебательному контуру.

Индуктивность и емкость кварца, а следовательно, и частота о [МГц] его собственных колебаний определяется толщиной 6 [мм ] пластины

0 «,2,846.

Нетрудно заметить, что чем выше требуемая частота колебаний, тем тоньше должна быть пластина. Технологические затруднения в изготовлении тонких пластин, а также прочностные ограничения не позволяют непосредственно использовать их в автогенераторах высокой частоты.

Подобные ограничения возникают и при создании мощных автогенераторов, поскольку при этом возможен перегрев пластины, потеря его свойств и появление трещин. Поэтому создание высокомощных и стабильных генераторов требует применения каскадов умножителей частоты и усиления мощности. Однако следует отметить, что применение умножителей частоты и усилителей мощности снижает общий коэффициент полезного действия радиоаппаратуры.

смотреть статью под номером 7.7. Схема автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты. Благодаря аномальным свойствам кварца качество контура, экви кварц валентного колебательному контуру, превышает несколько десятков тысяч.

Наиболее распространенным способом включения кварца в схему

генератора является включение его в цепь сетки лампы (смотреть статью под номером 7.7). При работе схемы в контуре LKCK возникают свободные электрические колебания. Через емкость Са (межэлектродную емкость лампы) они воздействуют на кварцевый контур и вызывают в нем колебания стабильной частоты. Эти стабилизированные по частоте колебания подаются на сетку лампы. В результате этого в контуре поддерживаются незатухающие и стабильные по частоте колебания. Для уменьшения влияния температуры окружающей среды на стабильность частоты кварцевые пластины часто помещают в термостаты, где поддерживается постоянная температура.