Релаксационный генератор представляет собой импульсный источник электрических колебаний, которые, как правило, имеют несинусоидальную (негармоническую) форму и широкий частотный спектр. Его работа основана на циклическом процессе накопления и быстрого высвобождения (релаксации) энергии.
Ключевые элементы и принцип действия
Основу схемы такого генератора составляют два ключевых компонента. Первый — это реактивный накопитель энергии, которым может быть конденсатор (ёмкостной накопитель) или катушка индуктивности (индуктивный накопитель). Второй — нелинейный элемент, например, транзистор или тиристор, чья вольт-амперная характеристика имеет так называемый падающий участок. Этот участок придаёт элементу свойства гистерезиса, то есть зависимость его состояния от предыстории.
Благодаря этой особенности работа генератора протекает в две повторяющиеся стадии. На первой стадии энергия от источника постоянного тока постепенно накапливается в реактивном элементе. Когда напряжение или ток достигают определённого порога, срабатывает нелинейный элемент, инициируя вторую стадию — релаксацию. В этот момент накопленная энергия быстро высвобождается и рассеивается в активных элементах цепи, таких как резисторы, и в самом нелинейном элементе. Важной отличительной чертой релаксационных генераторов является то, что количество энергии, запасённой и затем отданной накопителем, сравнимо по величине.
Типы нелинейных элементов и схемы
В качестве нелинейного переключающего элемента в разное время использовались самые разные приборы: газоразрядные (неоновые лампы, тиратроны), электронные лампы, туннельные диоды, а также полупроводниковые приборы. Часто роль нелинейного элемента выполняет целый усилительный каскад на транзисторе или лампе, охваченный положительной обратной связью, что и вызывает его резкое переключение.
К наиболее известным и распространённым типам релаксационных генераторов относятся:
- Мультивибраторы — генерируют прямоугольные импульсы;
- Блокинг-генераторы — формируют короткие мощные импульсы с использованием трансформатора;
- Фантастроны (или ждущие мультивибраторы) — генераторы линейно изменяющегося напряжения.
Режимы работы и область применения
Релаксационные генераторы могут работать в двух основных режимах. В автоколебательном режиме они генерируют непрерывную последовательность импульсов, период которых определяется параметрами схемы (ёмкостью, сопротивлением). Однако стабильность этой частоты обычно невысока, поэтому на практике такие генераторы часто синхронизируют от внешнего стабильного источника сигнала. В ждущем (одновибраторном) режиме генератор находится в покое до прихода внешнего запускающего импульса, после чего формирует одиночный выходной импульс заданной длительности.
Благодаря способности генерировать и формировать импульсы различной формы, релаксационные генераторы нашли широкое применение в импульсной и цифровой технике. Они являются неотъемлемой частью телевизионной и радиолокационной аппаратуры, используются в радиоизмерительных приборах, устройствах автоматики и вычислительной техники.
