Лекция 19 (лекции по УГФС), страница 5

Во всех схемах транзисторных АГ сопротивление R_Э служит не только для создания эмиттерного автосмещения. Оно обеспечивает также практически постоянство режима АГ в широком диапазоне температур (эмиттерная термостабилизация режима).

Выбор АЭ и основы расчёта режима и схемы АГ

В АГ, в отличие от ГВВ, колебательная (полезная) мощность и мощность, затрачиваемая во входной цепи (мощность возбуждения), создаются самим АЭ. Следовательно, при условии обеспечения одинаковой колебательной мощности АЭ для АГ должен выбираться на большую мощность, чем для ГВВ – усилителя мощности. Колебательная мощность, которую должен обеспечивать АЭ АГ, должна определяться с учётом КПД контура (цепи согласования), как и в случае ГВВ. С целью повышения стабильности частоты автоколебаний КПД контура АГ обычно выбирается существенно ниже, чем в случае ГВВ. Таким путём ослабляется влияние полезной нагрузки на контур, соответственно и на частоту автоколебаний. Если от АГ не требуется большая мощность, то КПД контура обычно не превышает (10…20)%. Таким образом, номинальная колебательная (выходная) мощность АЭ для АГ должна выбираться из условия

Выбрав АЭ по мощности и частоте, производят расчёт его режима как ГВВ на соответствующую колебательную мощность в полезной нагрузке Р_~Н (см. лекцию 7). В результате расчёта находят амплитуду выходного колебательного напряжения U_{MA, MK} и амплитуду напряжения возбуждения U_{MC, МБ}, знание которых позволяет определить необходимую величину коэффициента обратной связи k. Зная k, для выбранной схемы АГ, используя соответствующее выражение, например, из приведенных выше (19.17) – (19.20), находят параметры элементов цепи обратной связи.

Обобщённая трёхточечная схема АГ. Ёмкостная и индуктивная трёхточки АГ

При использовании электронной лампы или транзистора в качестве генераторного прибора – АЭ АГ его входная и выходная цепи имеют один общий полюс, поэтому в единой эквивалентной схеме АГ (рис.19.2) по одному из полюсов плеч 1 и 2 должны быть непосредственно соединены между собою, как показано на рис.19.20.

П

ри таком условии любая электрическая цепь, присоединяемая к генераторному прибору и отображаемая пассивным четырёхполюсником на схемах (рис.19.2 и рис.19.20), может быть представлена в виде Т- или П- образного соединения трёх комплексных сопротивлений (рис.19.21). Оба соединения являются равноправными и легко преобразуются друг в друга. Соединения известны также как соединение звездой и треугольником, соответственно.

Э
ти три сопротивления подключаются к трём электродам лампы или транзистора. Следовательно, любая схема АГ может быть представлена в виде эквивалентных схем рис.19.22.

Наиболее широко используется эквивалентная схема рис.19.22,б, которая носит название обобщённой трёхточечной схемы АГ.

В общем случае комплексные сопротивления, например, в терминах П-образной схемы, можно представить в виде:

(*)

Если не учитывать входной ток АЭ, то есть ток сетки и базы,¹² то в схемах (рис.19.22,б) комплексные амплитуды напряжений можно определить как

(19.22)

где – комплексная амплитуда тока через сопротивления левой ветви цепи, образованной последовательным соединением сопротивлений и .

Отношение этих напряжений определяет коэффициент обратной связи в АГ. Следовательно,

(19.23)

Так как противофазность напряжений на входном и выходном электродах АЭ в схеме (рис.19.22,б) учтена в записи выражений (19.22), то, очевидно, применительно ко всем рассмотренным схемам одноконтурных ламповых и транзисторных АГ выражение (19.23) должно приводить к вещественному положительному значению коэффициента обратной связи. Это может иметь место только при явно выраженном реактивном характере сопротивлений (*), когда можно считать:

,

причём реактивные составляющие сопротивлений х₁ и х₃ должны быть разного знака (разного характера) и при этом должно быть | x₃ | > | x₁ |.

Таким образом, при принятых допущениях согласно обобщённой трёхточечной схеме АГ (рис.19.22,б)

. (19.24)

Для получения гармонических колебаний в АГ сопротивления должны формировать избирательную электрическую цепь и если не учитывать инерционные процессы в лампе или транзисторе, то частота автоколебаний АГ практически совпадает с резонансной частотой этой цепи. Следовательно, на частоте автоколебаний выполняется соотношение, определяющее условие резонанса электрической цепи из сопротивлений :

х₁ + х₂ + х₃ = 0, (19.25)

из которого следует

х₁ + х₃ = – х₂.

Соответственно, согласно (19.24) получаем

Так как должно быть k > 0, то из последнего соотношения следует, что реактивные сопротивления х₁ и х₂ должны быть одного знака (одного характера).

Таким образом, в обобщённой трёхточечной схеме АГ на частоте автоколебаний сопротивления х₁, х₂, х₃ должны удовлетворять условию

х₁ > 0; х₂ > 0; х₃ < 0 (19.26)

или условию

х₁ < 0; х₂ < 0; х₃ > 0. (19.27)

Причём на частоте автоколебаний всегда должно также выполняться условие (19.25).

Условие (19.26) называется условием индуктивной трёхточки и ему соответствует обобщённая трёхточечная схема АГ рис.19.23,а. Условие (19.27) называется условием ёмкостной трёхточки и ему соответствует схема рис.19.23,б.

Следует отметить, что АГ по схеме ёмкостной трёхточки принципиально позволяют получить большую стабильность частоты автоколебаний благодаря лучшей фильтрации гармонических составляющих тока АЭ (параллельно АЭ присоединяется ёмкостный элемент, обеспечивающий сопротивление х₂), а также благодаря возможности реализации колебательной системы АГ с большей стабильностью параметров элементов. Лучшая фильтрация гармонических составляющих выходного тока генераторного прибора (напряжения на электродах более приближаются к чисто гармоническим) уменьшает их влияние на фазу средней крутизны и, следовательно, на частоту автоколебаний. В схеме два конденсатора и одна индуктивность, а конденсаторы по своим параметрам более стабильны и более добротны, нежели индуктивности. В схеме индуктивной трёхточки две индуктивности и один конденсатор. Индуктивности по своим параметрам менее стабильны и менее добротны, чем конденсаторы. В схеме хуже фильтрация гармоник, так как обе ветви на высших гармониках имеют индуктивное сопротивление, возрастающее с повышением номера гармоники.

Сопоставляя рассмотренные в лекции схемы одноконтурных АГ, нетрудно заметить, что индуктивной трёхточке соответствуют схемы АГ с автотрансформаторной обратной связью, а ёмкостной трёхточке соответствуют схемы АГ с ёмкостной обратной связью. Схемы с трансформаторной обратной связью соответствуют индуктивной трёхточке, в чём нетрудно убедиться, заменив трансформатор соответствующей схемой замещения и выполнив соответствующие преобразования сопротивлений.

Сопротивления (рис.19.22,б) образуют колебательную систему - контур АГ, эквивалентное сопротивление которого является нагрузкой АЭ. Определяется это сопротивление соотношением

Так как на частоте автоколебаний , а , то¹³

где - коэффициент включения контура автогенератора; ρ - характеристическое сопротивление контура: ρ = | x₁ + x₂ | = | x₃ |.

В трёхточечной схеме АГ (рис.19.23) всегда имеет место неполное включение контура, что отмечалось при рассмотрении схем с автотрансформаторной и с ёмкостной обратной связью.

Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 19:

1. Поясните назначение АГ в радиоаппаратуре. Какие требования предъявляются к АГ и почему. Поясните.

2. Почему схема (рис.19.1,б) не может рассматриваться в качестве практической схемы АГ? Поясните. Ка-
кая из приведенных в лекции схем родственна ей?

3. Выпишите все выражения, определяющие баланс амплитуд в АГ, которые приводятся в лекции. Сравните
их. Дайте определения фазовых углов в (19.14).

4. Что будет характерным для установившегося режима АГ, если принять фактор генерации G > 3 и G < 2?
Поясните.

5. Сравните схемы рис.19.1,а и рис.19.5. Опишите их сходство и различие. Поясните.

6. В схеме АГ с трансформаторной обратной связью (рис.19.5) одна катушка намотана поверх другой в та-
ком же направлении. Как следует присоединять концы катушек к электродам АЭ? На что это влияет? А
если катушки намотать в разных направлениях? Что от этого изменится? Какие способы реализации вы-
сокочастотных трансформаторов известны вам? Опишите их.

7. Представьте схему АГ с автотрансформаторной обратной связью с параллельным питанием анода.
Поясните назначение элементов в схеме.

8. Запишите выражение для определения смещения в установившемся режиме, например, для схемы АГ
рис.19.19. Поясните его.

9. В чём, по вашему мнению, сходство и в чём отличие транзисторных АГ по сравнению с ламповыми АГ?.

10. Почему считается, что в схеме ёмкостной трёхточки может быть обеспечена большая стабильность час-
тоты автоколебаний, чем в схеме индуктивной трёхточки?

11. Считаете ли Вы приведенное в конце лекции выражение для эквивалентного сопротивления нагрузки
трёхточечной схемы всегда справедливым? Поясните. Как могут быть реализо-
ваны сопротивления х₁, х₂, х₃?

12. Представьте возможные варианты схемы одноконтурного АГ с ёмкостной обратной связью при за-
землении по высокой частоте сетки. Возможна ли при этом реализация последовательного питания ано-
да? Если возможна, то опишите особенности схемы.

1 В лекции 3 отмечалось, что динамическая характеристика (ДХ) анодного тока лампы или коллекторного тока транзистора в системе выходных координат имеет участок с отрицательной крутизной, наличие которого и делает возможным производить усиление и ряд других преобразований сигнала в ГВВ на лампе и БТ. При этом лампа или БТ может рассматриваться как отрицательное сопротивление. Именно эта особенность позволяет построить АГ на лампе или БТ, что ниже и будет рассмотрено. Существуют полупроводниковые диоды, в частности, туннельные диоды (ТД), имеющие падающий участок, то есть участок с отрицательной крутизной, на вольт-амперной характеристике. ТД и подобные им приборы используются исключительно на СВЧ. Существуют также специальные электронные приборы СВЧ, используемые в качестве независимых источников колебаний: магнетроны, отражательные клистроны, ЛОВ.