Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Раздел 2. Генераторы с самовозбуждением – автогенераторы

Лекция 19

Генератор с самовозбуждением – автогенератор (АГ). Сходство и различие ГВВ и АГ. Назначение АГ и предъявляемые к ним требования в радиоаппаратуре. Единая эквивалентная схема АГ на электронной лампе и биполярном транзисторе. Уравнение установившегося режима АГ. Баланс фаз, баланс амплитуд в АГ. Условие самовозбуждения АГ. Одноконтурные АГ: особенности, схемы, область применения. Выбор АЭ для АГ и режима его работы. Основы расчёта режима и схемы АГ. Обобщённая трёхточечная схема АГ. Ёмкостная и индуктивная трёхточки АГ, сравнение их.

В настоящей лекции мы будем вести речь об автогенераторах гармонических электрических колебаний, выполняемых на электронных лампах и биполярных транзисторах (БТ), отрицательное сопротивление¹ в схемах которых появляется за счёт положительной обратной связи. Использование электронных ламп и транзисторов позволяет построить автогенератор (АГ) практически на любую частоту и мощность, что и обусловливает их самое широкое распространение в радиоаппаратуре. АГ является первичным источником гармонического сигнала в любой радиотехнической системе, в первую очередь в радиопередатчике. Нас будут интересовать АГ высокочастотных, то есть радиочастотных, колебаний. Как всякая радиочастотная цепь, интересующие нас АГ строятся с использованием индуктивных L и ёмкостных С элементов. Поэтому такие АГ называют L,С-автогенераторами, отличая этим их от относительно низкочастотных R,C-автогенераторов.

Отличие любого АГ на лампе или транзисторе от ГВВ на такой же лампе или таком же транзисторе состоит в том, что в АГ сигнал возбуждения на управляющий (входной) электрод АЭ подаётся не от стороннего (внешнего) источника, а от собственной нагрузки в выходной (анодной или коллекторной) цепи АЭ через цепь обратной связи. Поэтому в АГ частота получаемых колебаний определяется не внешним источником, как в ГВВ, а его собственными параметрами: электрической цепью, присоединённой к лампе или транзистору, и режимом лампы или транзистора. В силу этой отмеченной особенности автогенераторы называются также генераторами с самовозбуждением, в отличие от генераторов с внешним или независимым возбуждением (ГВВ).

На рис.19.1,а представлена уже хорошо известная нам схема ГВВ на триоде с общим катодом. На рис.19.1,б показано преобразование этой схемы ГВВ в АГ. Аналогично можно представить схемы на транзисторе.

Выше мы отмечали, что в АГ сигнал возбуждения, в отличие от ГВВ, подаётся не от внешнего источника, а от собственной нагрузки в выходной цепи АЭ через цепь обратной связи. В схеме рис.19.1,б такая цепь формируется с использованием катушек индуктивности L₁ и L₂.

Для того, чтобы схема рис.19.1,б работала как генератор с самовозбуждением, то есть как АГ, необходимо выполнение ряда условий.

Первое и основное условие известно как условие самовозбуждения АГ. Это условие раскрывает нам, в каком случае схема рис.19.1,б становится источником периодических колебаний, то есть автогенератором. На аналитическом определении условия самовозбуждения АГ мы остановимся ниже, а сейчас затронем только физическую картину процесса самовозбуждения в схеме рис.19.1,б.

При включении всех питающих напряжений в схеме рис.19.1,б в начальный момент появляется нестационарный анодный ток i_А (в случае транзистора коллекторный ток i_К), который протекает через ёмкостную С_К и индуктивную L_К ветви контура в выходной цепи АЭ – генераторного прибора: лампы или транзистора. Протекающий через индуктивную ветвь контура ток создаёт переменную ЭДС в цепи катушки L₂, которая через катушку L₁ и катушку во входной цепи АЭ (L_С в ламповом генераторе рис.19.1,б) прикладывается ко входу АЭ, обусловливая сигнал возбуждения u_C (t) (в случае транзистора u_Б (t)). При правильном выполнении цепи обратной связи, обеспечивающем определённую величину связи между парами связанных катушек и соответствующую полярность соединения катушек L₁, L₂, наводимый сигнал возбуждения будет увеличивать нестационарный ток в цепи контура, что, в свою очередь, приведёт к дальнейшему росту переменной ЭДС и сигнала возбуждения и т.д. Если же цепь обратной связи будет выполнена неправильно, то появившаяся переменная ЭДС и соответствующий сигнал возбуждения будут уменьшать нестационарный ток в цепи контура, что, в свою очередь, будет уменьшать переменную ЭДС и сигнал возбуждения, в результате чего нестационарный процесс в схеме затухнет.²

Благодаря тому, что в схеме имеется избирательная цепь (контур С_К, L_К), из нестационарного тока избирается периодическая компонента с частотой, практически совпадающей с резонансной частотой избирательной цепи, то есть в схеме появляются практически гармонические колебания с частотой, равной резонансной частоте контура.

Рассмотренный выше процесс нарастания переменной компоненты выходного тока АЭ, соответственно и переменных напряжений в схеме, не будет протекать беспредельно. Генераторный прибор: лампа или транзистор представляет устройство, не дающее возможности току возрастать до бесконечности. Известно, что ток лампы или транзистора ограничивается током насыщения. Практически, благодаря нелинейности статических ВАХ лампы или транзистора, процесс самовозбуждения устанавливается при значениях токов, не достигающих тока насыщения.

После достижения током генераторного прибора определённой величины в схеме устанавливаются стационарные колебания, то есть колебания, амплитуда и частота которых остаются постоянными. При этом роль генераторного прибора сводится к поддержанию постоянства этих колебаний. Условия, при которых в схеме поддерживаются постоянные колебания, определяются основным уравнением АГ в установившемся режиме и известны как условия баланса фаз и баланса амплитуд.

В дальнейшем мы рассмотрим различные практические схемы АГ, которые будут заметно отличаться от схемы рис.19.1,б.³ Однако все рассматриваемые схемы АГ могут быть представлены в виде единой эквивалентной схемы рис.19.2, которая состоит из двух параллельно включенных четырёхполюсников: активного, описывающего работу генераторного прибора (лампы или транзистора), и пассивного, образованного электрической цепью, присоединённой к генераторному прибору. Эта цепь определяет в основном частоту автоколебаний и выполняет функцию обратной связи.

Общие соотношения для установившегося режима АГ. Условие самовозбуждения АГ

Примем, что в схеме рис.19.2 прошёл процесс самовозбуждения и в ней установились стационарные гармонические колебания с соответствующими комплексными амплитудами токов и напряжений. Каждый четырёхполюсник можно характеризовать своим, в общем случае, комплексным коэффициентом передачи. Если принять, что в установившемся режиме со стороны одного плеча каждого четырёхполюсника в схеме рис.19.2 действует напряжение комплексной амплитуды , а со стороны другого плеча действует напряжение комплексной амплитуды , то комплексный коэффициент передачи по напряжению активного четырёхполюсника⁴

(19.1)

а комплексный коэффициент передачи по напряжению пассивного четырёхполюсника

. (19.2)

Очевидно, в установившемся режиме должно выполняться соотношение

или . (19.3)

Соотношение (19.3) часто называют основным уравнением АГ.

С учётом (19.1), (19.2) соотношение (19.3) распадается на два:

(19.4)

(19.5)

Первое выражение (19.4) определяет так называемое условие баланса амплитуд и означает, что в стационарном состоянии величина коэффициента передачи по замкнутому контуру в схеме рис.19.2 равна единице. В случае АГ это также указывает, что мощность, доставляемая генераторным прибором от источников питания в цепь схемы, равна мощности потерь в элементах цепи.

Второе выражение (19.5) определяет условие баланса фаз и означает, что при обходе рассматриваемой цепи (рис.19.2) мы получаем колебание в той же фазе. Применительно к АГ это означает, что фазовый сдвиг входного и выходного напряжений, вносимый АЭ, должен быть скомпенсирован электрической цепью, включаемой между выходом и входом АЭ. Эта цепь позволяет обеспечить нужный режим работы АЭ и через неё осуществляется обратная связь.

Активный четырёхполюсник в схеме (рис.19.2), соответствующий АЭ, в общем случае является нелинейным четырёхполюсником. Собственно, только благодаря нелинейности ВАХ лампы или транзистора в схеме АГ устанавливаются колебания определённой амплитуды. В нелинейной электрической цепи, содержащей АЭ, коэффициент передачи по напряжению зависит от величины (амплитуды) входного воздействия, причём, в общем случае величина этого коэффициента уменьшается с ростом входного напряжения.⁵ Именно такую зависимость мы имеем в ГВВ на лампах и транзисторах. Следовательно, в схеме (рис.19.2) величина коэффициента передачи активного четырёхполюсника

будет тем меньше, чем больше U₁. Так как в установившемся режиме АГ амплитуда колебаний всегда больше, чем на начальной стадии самовозбуждения, то величина коэффициента передачи по напряжению активного четырёхполюсника в установившемся режиме всегда меньше, чем в начальный момент. Обозначим величину коэффициента передачи активного четырёхполюсника при малом значении U₁ через K₀, тогда

K₀ > K. (19.6)

Коэффициент передачи пассивного четырёхполюсника не зависит от действующих напряжений, следовательно, в схеме (рис.19.2)

β = const.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций