Задача генерации синусоидальных колебаний сводится к получению гармонических колебаний с постоянными амплитудой и частотой рис.8с. Строго говоря, получить колебания с постоянными амплитудой и частотой невозможно. Практически речь идет о колебаниях, частота и амплитуда которых постоянны в пределах заданного допуска.
Так примерно пишут в вумных книгах?! Так о чём разговор и причём здесь какое-то отрицательное сопротивление? Если Вы пойдёте в маГАзин и попросите продать Вам отрицательное сопротивление, то? На Вас посмотрят как на новые ворота или как на дурака?! Потому как по понятиям торгашей такого нет и не было. Так есть оно или нет?! Разберёмся...
Генерация синусоидальных колебаний это процесс преобразования спектра при генерации. Спектра колебания с нулевой частотой (постоянный ток) в какое либо колебание с определённой частотой рис.4. Но это не надо понимать дословно. Чтобы осуществить это нужно применять нелинейные цепи. А, нелинейные это какие?
Рассмотрим небольшую цепь рис.4а. это обычный кусок провода. А, справа эквивалентная схема. Казалось бы какой-то огрызок провода. Но мы с Вами имеем дело с СВЧ, и если на более низких частотах в такие тонкости никто не вникал, то теперь... Итак, проводник это сопротивление R. Проводник это и индуктивность L, а два кончика ещё и ёмкость C. И вот мы уже из проводника имеем некую цепь. Рассмотрим её...
Если все наши элементы (R, L, C) не подвержены изменению своих параметров от внешних воздействий то такая цепь называется ЛИНЕЙНОЙ. Если хотя бы один элемент подвержен изменению от тока или напряжения, то такая цепь будет уже называться НЕЛИНЕЙНОЙ. Строго говоря в природе нет истинно линейных цепей. В смысле все нелинейные. А, это как? В той или иной степени параметры всех элементов зависят от токов или напряжений, особенно если они превышают предельные значения. Так, скажем обычный проводник при прохождение через него тока нагревается. А, при нагреве сопротивление его увеличивается. Да при слабых токах мы небольшой нагрев игнорируем (фу-фу!), то при больших уже не получится.
Как же нам определить какой элемент или даже цепь нелинейная? Да, там слишком много чего об этом говорится, но учитывая аудиторию ПРОЗы, по картинкам, графикам. Вот на рис.5 характеристики ЛИНЕЙНЫХ сопротивлений (положительных). Как видите это прямые отрезки. При перемене направления тока они поедут вниз, продолжением верхних. На рис.5а характеристика большинства электронных ламп и полупроводниковых приборов. Но это правильные характеристики. Но есть и «неправильные» (помните кота Матроскина и «неправильный» бутерброд?). А, это какие? Вот они на рис.9, N-образные и S-образные. Синие участки и есть то самое отрицательное дифферентциальное сопротивление. Точнее его характеристика. N-образная у туннельного диода и ещё у тетрода 6Э12Н, а S-образная у газоразрядной лампы. Других подозреваемых я не встречал, это про S которых. Какая у них неправильная особенность? У N-образной, один и тот же ток может быть получен при трёх разных напряжениях. У S-образных наоборот, три тока при одном напряжении. Достаточно провести зелёную полосу по графикам и Вы сами всё поймёте.
Казалось какая неприятность, но мы всё время используем эту нелинейность, особенно если она ярко выражена, в частности ближе к нашей теме, — генерации колебаний.
Для изучения физических основ процесса генерации обратимся к обычному колебательному контуру рис.1, добротность которого Q > 1. Как известно, если контуру сообщить некоторое количество энергии, зарядив, например, конденсатор (положение ключа П 1), а затем отключить источник (положение ключа П 2), то в контуре возникнут свободные колебания. А, что потом? Потом энергия будет уменьшаться и достигнет нулевого значения. Стало быть надо опять ключом поработать. И лучший вариант с частотой этих самых колебаний.
Всё происходящее в контуре описывается дифференциальным уравнением рис.10а. Решение этого уравнения имеет вид рис.10b., где [а] коэффициент затухания контура рис.10g. Частота омега св, частота контура с учётом всех потерь рис.10d. Омега с ноликом собственная частота контура и уже без потерь рис.10е.
В зависимости от значения [а] различают три вида собственных колебаний. Колебания вида рис.8a имеют место, если [а] > 0 (R > 0 ). Как показывает равенство их амплитуда уменьшается и колебания затухают. Колебания такого вида называются декрементными(затухающими)
Если [а] lt 0 (R lt 0), амплитуда колебаний нарастает рис.8b. Такие колебания называются инкрементными (нарастающими).
Если же [а] = 0 (R = 0), колебания будут совершаться с постоянной амплитудой, т. е. будут незатухающими (рис.8c.
В обычном колебательном контуре свободные колебания являются затухающими из-за наличия потерь (активное сопротивление R обычного контура всегда положительно). Очевидно, что для превращения такого контура в генератор незатухающих колебаний нужно возмещать потери, т. е. вводить энергию. Последнее можно МАТЕМАТИЧЕСКИ отобразить как внесение в контур ОТРИЦАТЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ, компенсирующего его сопротивление потерь. При полной компенсации потерь R = 0 и контур становится консервативным; в нем будут совершаться незатухающие колебания.
Энергия в колебательном контуре может пополняться, например, так, как показано на рис.2. Частота и фаза колебаний источника [е] должны совпадать с частотой и фазой собственных колебаний контура. Официально это называется генератор с внешним возбуждением, для нас с Вами это всего лишь усилитель. Зачастую его называют усилитель мощности. Энергия в контуре может пополняться также за счёт собственных колебаний, усиленных при помощи усилителя со своим источником питания. На рис.3 приведена одна из наиболее распространенных схем такого рода. Красная окружность показывает электромагнитную обратную связь. Подобные генераторы называются генераторами с самовозбуждением или автогенераторами.
Автогенераторы могут выполняться по самым разнообразным схемам. Вместо ламп могут использоваться транзисторы, или туннельные диоды. Применяются схемы, содержащие два активных элемента. В качестве нагрузки последних применяются как колебательные контуры, так и апериодические цепи. Цепи обратной связи также могут иметь различные схемы соединения.
Несмотря на разнообразие схем автогенераторов, принципиального различия в их работе нет и все они могут быть представлены в виде обобщённой блок-схемы рис.7. Основными элементами схемы является усилитель, который обычно называют К-цепью, и цепь обратной связи, или бета-цепь.
Да, конечно это хорошо, что обратная связь такую нам услугу оказывает, но? Но ведь обратная связь может возникнуть совершенно случайно и тогда? И тогда усилитель превратится в генератор когда нам это категорически не нужно! Так в пятидесятые-шестидесятые годы промышленностью выпускались бытовые радиоприёмники специально с обратной связью. Именно с положительной. Это радиоприёмники прямого усиления: «Тула», «Рига Б-912» и «Киев Б-2», хотя схемы двух последних почти одно и тоже. В «Туле» же была регулируемая ёмкостная обратная связь. http://proza.ru/2016/03/03/634 Компенсация потерь там осуществлялась как и положено отдачи части энергии с выхода усилителя ВЧ на его вход. По принципу на рис.3. Подбирая связь катушек обратной связи с входным контуром. Причём так, чтобы не возникла критическая связь, но и не возникла АВТОГЕНЕРАЦИЯ!