Generator drgań elektrycznych

Generatorem drgań elektrycznych nazywamy układ wytwarzający drgania elektryczne różnych kształtów w efekcie przekształceń energii elektrycznej na energię drgań. Generator składa się ze źródła energii zasilającej, z obwodu wzbudzającego drgania określonej częstotliwości (dodatniego sprzężenia zwrotnego) i wzmacniacza decydującego o amplitudzie generowanych drgań.

Drgania mogą być tłumione (w obwodach rezonansowych pobudzonych przez określone porcje energii wygenerowane impulsy zanikają z powodu strat energii) lub nietłumione, gdy energia wzbudzenia uzupełniana jest w sposób ciągły. Oznacza to, iż tłumienie układu sprzężenia zwrotnego nie może być w tym przypadku większe niż wzmocnienie wzmacniacza, do obwodów którego podawany jest sygnał. Amplituda sygnału na wyjściu wzmacniacza ma wówczas wartość równą lub większą sygnałowi doprowadzonemu na wejście z obwodów sprzężenia zwrotnego (warunek amplitudy). Ponadto maksimum sygnału na wejściu wzmacniacza musi wypadać zawsze w tym samym miejscu przebiegu - przesunięcie fazy musi być równe bądź stanowić wielokrotność 360 stopni (warunek fazy).

Klasyfikacja

Ze względu na wykorzystane elementy podtrzymujące drgania generatory podzielić można na lampowe (lampy elektronowe), półprzewodnikowe (tranzystorowe) oraz z lampami gazowanymi (neonówki, tyratrony). 

W zależności od kształtu generowanych impulsów rozróżnia się generatory sinusoidalne, piłokształtne oraz impulsowe.

Zgodnie z częstotliwością wytwarzanych drgań generatory dzieli się na: 

• podakustyczne (poniżej 16 Hz), 
• akustyczne (od 16 Hz do 16 kHz), 
• długofalowe (od 16 kHz do 100 kHz), 
• średniofalowe (od 100 kHz do 3 MHz), 
• krótkofalowe (od 3 MHz do 30 MHz), 
• ultrakrótkofalowe (od 30 MHz do 1 GHz), 
• mikrofalowe (powyżej 1 GHz), 
• podczerwieni (fale o długości powyżej 700 nm), 
• światła (fale o długości od 400 do 700 nm).

W konstrukcji generatorów pracujących do częstotliwości 300 MHz zastosowanie znajdują obwody o stałych skupionych oraz typowe elementy aktywne - lampy elektronowe i tranzystory. W paśmie od 300 MHz do 3 GHz stosuje się lampy elektronowa przeznaczone do pracy z obwodami rezonansowymi o stałych rozłożonych, przy czym powyżej 1 GHz generatory pracują na lampach specjalnej konstrukcji, które generują drgania elektronów w próżni (klistron, magnetron). Dla częstotliwości mikrofalowej stosuje się także masery (grupa generatorów kwantowych). Do grupy tej należą konstrukcje wykorzystujące w działaniu zjawisko emisji kwantów energii w efekcie pobudzania atomów. Obok maserów należą do nich np. lasery generujące monochromatyczne drgania w zakresie fal świetlnych, a także irasery (monochromatyczne drgania w podczerwieni).

Ze względu na zastosowanie generatory podzielić można na urządzenia generujące drgania o dużej stabilności częstotliwościowej i małej mocy (odbiorniki radiowe, mierniki) oraz generatory dużych mocy (duża sprawność) stosowane jako wzmacniacze mocy np. w nadajnikach radiowych i akceleratorach cząstek.

Ze względu na metody realizacji sprzężenia zwrotnego wyróżnia się dwa rodzaje generatorów:

• RC – układ sprzężenia zwrotnego wykorzystujący rezystory i kondensatory (mostek Wiena),
• LC – układ sprzężenia zwrotnego wykorzystującym obwód rezonansowy (cewka, kondensator).

Wśród generatorów LC odznaczających się lepszą stabilnością od konstrukcji RC wyróżnić można:

• Meissnera (ze sprzężeniem transformatorowym),
• Colpittsa (z dzieloną pojemnością),
• Clappa (odmiana Colpittsa z dodatkowym kondensatorem),
• Hartleya (z dzieloną indukcyjnością).

Szczególnym przypadkiem generatora LC jest generator kwarcowy o znacznie wzmocnionej stabilności, którego obwód sprzężenia zwrotnego konstruowany jest w oparciu o rezonator kwarcowy (generator Pierce'a, Butlera).