Большая энциклопедия техники - Коллектив авторов

С помощью генератора качающейся частоты и осциллографа можно проверить и настроить такие узлы, как кварцевые и электромеханические фильтры, радиочастотный тракт передатчика или приемника. Для определения частот параллельного и последовательного резонансов кварцевых резонаторов используют режим ручного управления.

Сам прибор настраивают вращением ручки движка резистора. С того момента, когда становится наглядно видно, что при вращении движка колебания «качания» частоты изменяются, настройку генератора заканчивают.

Как и многие генераторы, генератор качающейся частоты преобразует первичные электрические колебания в заданные колебания определенной частоты и формы.

Генератор с самовозбуждением

Генератор качающейся частоты – это генератор, который вырабатывает электрические колебания. Генератор в переводе с латинского языка означает «производитель», т. е. это устройство, которое производит определенный продукт. Колебания в нем не затухают при подаче части переменного напряжения с выхода на вход генератора. В радиотехнике его называют осциллятором – системой, возбуждающей колебания относительно какого-нибудь положения равновесия.

Генератор с самовозбуждением представляет собой устройство, благодаря которому энергия постоянного тока преобразуется в энергию электромагнитных колебаний, возникающих без внешнего воздействия.

Структура такого генератора содержит два основных звена. Это звено обратной связи с коэффициентом передачи и усилительное звено.

К самовозбуждению генератор подталкивает положительная обратная связь, которая позволяет генератору перейти в режим установившихся колебаний.

При включении напряжения питания в генераторе возникают малые колебания. На них влияет положительная обратная связь, действие которой увеличивается за счет усилительного каскада. Колебания передаются по цепи положительной обратной связи на выход усилителя. Сигнал постоянно возрастает при обходе усилителя и обратной связи, пока не устанавливается режим колебаний. Переход к такому режиму возможен за счет уменьшения наклона амплитуды сигнала. Усилитель должен быть нелинейным, потому что линейное звено способствовало бы возрастанию амплитуды самовозбужденных колебаний.

Генератор производит, как правило, одночастотное колебание, а нагрузкой является параллельный колебательный контур. Сопротивление контура активно, на резонансной частоте максимально.

В усилительном звене генератора применяются операционные усилители и транзисторы, биполярные и полевые. Частоту производящихся колебаний определяет баланс амплитуд на определенной частоте, в связи с соответствием усилителя с резонансной нагрузкой резонансной же частоте контура.

От выбранного рабочего режима для генератора с самовозбуждением зависит процесс генерации колебаний. Режим определяется коэффициентом обратной связи и питающим напряжением. При выборе режима важно обращать внимание на положение рабочей точки на усилительном элементе, зависящей от напряжения смещения. Самовозбуждение легко возникает при расположении рабочей точки в области большой крутизны. Обратное положение рабочей точки приостанавливает, затрудняет самовозбуждение генератора. Существует два режима возбуждения: жесткий и мягкий. При жестком режиме рабочая точка смещается в левую сторону, напряжение смещения отсутствует. В результате этого небольшие колебания контура не могут вызвать самовозбуждение. Мягкий режим возникает тогда, когда рабочая точка лежит на прямолинейном участке усилительного элемента.

Процесс самовозбуждения проходит беспрепятственно, увеличивается амплитуда тока базы и в то же время возрастает амплитуда выходного напряжения.

Для эксплуатации генератора с самовозбуждением необходимо использовать оба перечисленных режима возбуждения, т. е. комбинированную схему смещения. В момент включения удобен мягкий режим, но в дальнейшем он приводит к большим потерям в схеме генератора, поэтому после установления мягкого надо перейти к жесткому режиму.

Одним из главнейших параметров генератора с самовозбуждением считается стабильность частоты. Ее количественной оценкой выступает обратная величина. Эта обратная величина представляет собой относительную нестабильность частоты. Под влиянием дестабилизирующих факторов параметры генератора меняются, в результате чего изменяются и фазовые углы. Любопытно, что после этой операции в генераторе устанавливается другой стационарный режим колебаний и сумма фазовых углов снова соответствует соотношению.

Повысить стабильность, так необходимую генератору с самовозбуждением, можно с помощью нескольких приемов. Путем параметрической стабилизации – при поддержке постоянства колебательной системы и нужных параметров генератора. Для осуществления такой стабилизации необходимо поддерживать постоянство питающих напряжений и защищать колебательную систему от влияния внешних воздействий. Повысить стабильность можно и другим путем. Для этого необходимо выбрать такие схему и режим работы генератора, при которых фазовые углы изменялись бы незначительно. Еще один вариант повышения стабильности заключается в компенсации изменений температуры элементов генератора, причем они должны быть противоположными другим изменениям по своему характеру. Этим элементом может быть колебательный контур, который увеличивается с повышением температуры. И, наконец, последний способ добиться стабилизации – с использованием кварцевых резонаторов, которые обладают высокой стабильностью как колебательные системы.

Существуют синхронные генераторы с самовозбуждением серии SJ, которые предназначаются для долгого режима работы как источник переменного тока. Они работают в составе передвижных и стационарных агрегатов. Такие генераторы могут работать автономно, параллельно с другими генераторами, а также с жесткой сетью.

Двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели и различные турбины используются в качестве привода такого генератора.

Генератор с самовозбуждением применяется в радиопередающих устройствах, где он генерирует энергию постоянного и переменного тока в энергию радиочастотных колебаний.

Генераторная лампа

Генераторная лампа – это электронная лампа, которая предназначена для генерирования энергии источника переменного или постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний.

Используются генераторные лампы в различных радиопередатчиках, физических и медицинских радиоэлектронных устройствах, измерительных приборах, а также в установке индукционного нагрева. Применяются генераторные лампы и в диапазонах волн: УКВ и коротковолновом. У таких ламп небольшие расстояния между электродами, их выводы утолщены и снабжены малыми индуктивностями, а изолирующие элементы изготовлены из материалов, характеризующихся малыми диэлектрическими потерями.

В дециметровом диапазоне волн генераторные лампы обладают резонансной системой колебаний, которая относится к составу и конструкции данной генераторной лампы.

Такие колебательные системы встречаются в металлокерамических, маячковых лампах и резонатронах. В отличие от предыдущих в миллиметровом, сантиметровом и дециметровом диапазонах волн используются лампы бегущей и обратной волн, магнетроны и клистроны.

Генераторную лампу с тройным количеством электродов – триод – впервые применил А. Мейснер в 1913 г. С ее помощью немецкий ученый преобразовывал высокочастотные колебания. В России генераторная лампа стала использоваться с первых лет становления Советской власти. М. А. Бонч-Бруевич в лаборатории города Горький производил новейшие разработки. В 1919 г. он доказал возможность создания мощных генераторных ламп, применив охлаждение анода водяным способом. Через 4 года Бонч-Бруевич изобрел генераторную лампу, мощность которой была 25 кВт, а еще через 1,5 года лампу мощностью 40 кВт. Под руководством С. А. Векшинского и С. А. Зусмановского с 1922 г. производство генераторных ламп было поставлено на поток. Дальнейший период развития генераторных ламп связан с их усовершенствованием. В 1930 г. П. А. Остряков впервые сконструировал генераторную лампу с принудительным воздушным охлаждением. Спустя 3 года инженер Н. И. Оганов и академик А. Л. Минц разработали первый разборный триод, мощность которого была равна 200 кВт. В 1956 г. эти же ученые совместно с инженером М. И. Басалаевым сконструировали разборный триод с мощностью в 500 кВт.

Различаются генераторные лампы по числу электродов, по диапазонам радиочастот, по самой большой мощности, которую рассеивает отрицательный заряд, а также по конструкции баллона и по характеристике работы. Число электродов бывает разным и носит название триод, пентод, тетрод и т. д. Анод рассеивает мощности малую – 50 Вт, среднюю – 5 кВт, большую – более 5 кВт. Баллон может состоять из стекла, металла, металла и стекла вкупе и из металлокерамики. Работа генераторной лампы делится на импульсную и работу непрерывного действия.