Колебаний необходимо

Генератором электрических колебаний называется электронное устройство, с помощью .которого осуществляется преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока различной формы. В зависимости от формы выходных колебаний различают генераторы гармонических колебаний и релаксационные. Первые широко используются в радиотехнических и измерительных устройствах, вторые — главным образом в импульсной и цифровой технике.

Звуковые колебания характеризуются периодом, частотой и амплитудой. Частотой звуковых колебаний называется число полных колебаний в течение 1 с. Время одного полного колебания называется периодом колебаний. Период колебаний Т и частота колебаний f связаны между собой соотношением f= \/T. Амплитуда звуковых колебаний —- наибольшее отклонение колебания от его начального положения. Качество телефонной передачи зависит от электрических свойств линии. Мощность, передаваемая по линии связи, уменьшается вследствие влияния сопротивления, индуктивности и емкости, которыми обладает линия связи. Для определения степени уменьшения мощности используют понятие затухания. В технике связи затухание, а также усиление оценивают не в абсолютных величинах, а в логарифмических — децибелах (дБ), (см. § 11.2). Чтобы обеспечить хорошее качество телефонного разговора суммарное затухание между двумя абонентами на частоте 800 Гц должно быть не более 29,5 дБ.

Режим, при котором модуляция отсутствует, называется режимом молчания или несущей частоты. Отношение изменения Д/т амплитуды модулированных колебаний к амплитуде 1т немодулированных колебаний называется коэффициентом глубины модуляции: т=Д/ш//т. Обычно глубина модуляции составляет 0,7—0,8. Иногда ее выражают в процентах. Амплитудную модуляцию в передатчиках осуществляют в промежуточных и оконечных каскадах. В зависимости от того, на какой электрод транзистора усилителя высокой частоты подается сигнал информации, модуляция может быть на базу, эмиттер либо коллектор. Возможны и комбинированные схемы модуляции, при которых модулирующее напряжение воздействует одновременно на базу и на коллектор.

Можно видеть, что в рассматриваемом случае значения уп стремятся к установившемуся значению ууст, через несколько циклов запуска режим формирования выходных импульсов будет установившимся: уп = уп+1 =•= ууст. Такой режим установления колебаний называется режимом установившейся длительности. Возможен также такой режим установления, когда предельные значения для четной и нечетной последовательностей значений уп различаются. Тогда даже при п-*- °° уп ф yn+i- Такой режим называют режимом перемежающихся длительностей.

Каналом передачи информации является совокупность средств, используемых для этой цели. Канал передачи информации с помощью электромагнитных колебаний называется радиотехническим каналом связи.

Декрементом колебаний называется отношение двух мгновенных значений (напряжении или токов) в мэменты времени t и t + Т' (где Т' — период затухающих колебаг ий напряжения или тока), а логарифмическим декрементом колеС аний — натуральный логарифм этого отношения.

Комплексное напряжение (3.4) отображают на плоскости комплексной переменной и вращающимся вектором длиной Um ( 3.2, а). Вращение этого вектора происходит с угловой скоростью со, определяемой соотношением (1.11), поскольку угол его поворота Ф увеличивается с течением времени пропорционально со. Такое изображение колебаний называется векторной диаграммой.

Расстояние, на которое распространяется электромагнитная волна в течение одного периода колебаний, называется длиной

Напоним, что электромагнитные волны являются поперечными: векторы переменного электрического (Е), и магнитного (Н) полей волны перпендикулярны друг другу и скорости распространения волны с ( 11.20). Плоскость, проходящая через векторы Е и с, в которой происходит колебание Е, называется плоскостью колебаний волны; плоскость, перпендикулярная плоскости колебаний, называется плоскостью поляризации.

Плоскополяризованное колебание Е можно представить в виде двух круговых противоположно направленных колебаний ( 11.21, а): Еь поляризованного по кругу вправо, и Е2, поляризованного по кругу влево. В каждый' момент времени эти составляющие образуют с плоскостью колебаний АА равные углы и в сумме дают вектор Е, лежащий в этой плоскости. Если такие колебания попадают в среду, в которой скорость распространения право-и левополяризованной составляющих оказывается неодинаковой, например ct < е2, то колебание Et будет отставать от колебания Е2 и по выходе из среды между ними возникнет разность фаз 6. Складываясь, колебания Е1 и Ег дают снова плоскополяризованное колебание Е, но с плоскостью колебаний ВВ, повернутой относительно начального положения этой плоскости АА на угол 6/2 в направлении вращения более быстро распространяющегося колебания Е2 ( 11.21, б). Такое явление поворота (вращения) плоскости колебаний или соответственно плоскости поляризации плоскополяризованной электромагнитной волны происходит при прохождении ее через намагниченный ферро- и ферримагнетик в направлении приложенного-намагничивающего поля Н (в продольном магнитном поле). Это явление было-открыто Фарадеем и называется эффектом Фарадея. В металлических ферромагнетиках, сильно поглощающих электромагнитные волны, явление Фарадея можно наблюдать лишь в тонких пленках. В ферритах с высоким удельным электрическим сопротивлением, слабо поглощающим энергию электромагнитной волны, эффект Фарадея может быть реализован в образцах длиной в

одного периода колебаний, называется длиной волны. Обозначая длину

амплитуда тока достигает максимального значения, а разность фаз между током и напряжением равна нулю или, иными словами, контур действует как чисто активное сопротивление. Этот важный случай вынужденных колебаний называется резонансом напряжений,

Для возбуждения колебаний необходимо, чтобы коэффициент при первой производной был отрицателен. Таким образом, условие самовозбуждения сводится к неравенству

Для генерации колебаний необходимо настроить LC-контур на резонансную частоту кварцевого резонатора /0. В этом случае полное сопротивление LC-контура велико, что позволяет получить в каскаде большое Ки, а сопротивление кварцевого резонатора Кв мало, что обеспечивает глубокую ПОС между коллектором и базой транзистора. Частоту LC-контура можно выбирать гораздо больше резонансной частоты Кв. При этом резонатор возбудится на соответствующей высшей гармонике. В серийных кварцевых резонаторах/0 = 10 кГц -т-10 МГц, но некоторые из них могут возбуждаться на частотах до 250 МГц. Таким образом, работа на высших гармониках целесообразна для получения генерации на частотах свыше 10 МГц.

Таким образом, для получения устойчивого автоколебательного процесса с частотой колебаний /, необходимо выбрать транзистор, у которого значение tab не менее рассчитанного по формуле (5.7). При этом частота колебаний LC-автогенератора выражается формулой

Рассматривая внезапное изменение внешних сил при быстрых изменениях угла в, нельзя пренебрегать наведенными токами в обмотках ротора при его перемещении относительно потока реакции якоря. Поэтому для повышения точности расчета динамической устойчивости в первом цикле колебаний необходимо пользоваться динамическими угловыми характеристиками 138). При расчете последних учитывают влияние электромагнитных переходных процессов на работу СД, а это усложняет расчеты. По мере затухания качаний ротора затухают и свободные составляющие токов в обмотках ротора, поэтому динамическая характеристика СД снижается в сторону статической. Затухание колебаний происходит по сложному закону.

Механические резонаторы имеют очень высокую добротность, доходящую до нескольких тысяч, и небольшие габариты. Для сравнения на 7.17 приведены частотные характеристики электрических колебательных контуров и электромеханических фильтров. Чтобы использовать механический резонанс для селекции электрических колебаний, необходимо сначала преобразовать электрические колебания в механические, возбудить ими механический резонатор, а затем отфильтрованные механические колебания преобразовать в электрические. Структурная схема ЭМФ представлена на 7.18, а.

Для того чтобы в генераторе происходило самовозбуждение колебаний, необходимо, чтобы модуль комплексного напряжения \LLod на выходе схемы был больше модуля комплексного напряжения t/M на входе схемы, откуда Я0 1 = = I H-yc \ \ Hoc I > ' • При приближении к стационарному режиму модуль комплексного коэффициента передачи усилителя Яус за счет влияния нелинейности начинает уменьшаться до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие Я0 1 = = I Яус 1 1 //(,(, =1. Это условие соответствует стационарному режиму и известно под названием баланса амплитуд. Учитывая, что Я0 = Я0е^°; Я с = Яус eJ
Для возникновения генерации колебаний необходимо, чтобы напряжение ОС, подаваемое на вход генератора, непрерывно возрастало. Это возможно только тогда, когда усиление усилительного каскада больше ослабления, вносимого цепью ОС. Кроме того, должно выполняться условие баланса фаз. Последнее означает, что поскольку один каскад транзисторного усилителя вносит сдвиг фаз, равный 180°, то цепь ОС также должна вносить сдвиг фаз 180°, чтобы общий сдвиг фаз равнялся О" (или 360°).

Автогенераторы выполняются на базе усилительных каска-дов, охваченных цепью положительной ОС. В 4.4 подробна исследовались цепи ОС, причем основное внимание уделялось цепям отрицательной стабилизирующей ОС. Для возникновения автоколебаний необходимо, чтобы в системе, работающей в режиме автоколебаний, выполнялись два условия: баланса фаз и баланса амплитуд. При построении генераторов синусоидальных колебаний необходимо в качестве нагрузки или в цепи по^ ложительной ОС иметь узкополосный элемент, который обеспечивает выполнение названных условий лишь в узкой частотной области.

К реальным резонаторам для поддержания колебаний необходимо непрерывно подводить энергию, восполняющую потерянную.

При оценке частоты наложенных колебаний необходимо учитывать, что четкая картина наложенных колебаний наблюдается сравнительно редко. Обычно наложенные колебания представляют собой результат взаимодействуя нескольких гармоник. Однако реальное значение имеют обычно одна-две, имеющие заметные амплитудные колебания, а остальные не' учитываются.

В резонаторе происходит периодическое превращение энергии электрического поля в энергию магнитного поля и обратно. При отсутствии потерь колебания будут незатухающими. К реальным резонаторам для поддержания колебаний необходимо непрерывно подводить энергию, восполняющую потерянную.