Лекция 22 (1085002), страница 2

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

Текст из файла (страница 2)

Дестабилизирующие факторы могут раздельно или одновременно влиять на частоту АГ. В связи с этим существует несколько методов определения общей (суммарной) нестабильности частоты Δf _ОБЩ. Один из них состоит в определении Δf _ОБЩ как средней статистической величины. Другой, наиболее простой, заключается в следующем. Определяют в отдельности влияние каждого дестабилизирующего фактора на частоту АГ. Затем суммируют все уходы частоты со знаком «+» и со знаком «–», получая два значения суммы . Большая из сумм с учётом коэффициента одновременности воздействия различных дестабилизирующих факторов (к_ОДН) определяет общую абсолютную нестабильность частоты:

Обычно величину к_ОДН принимают равной в пределах 0,8…1.

Обобщая изложенное выше, можно отметить, что на стабильность частоты автоколебаний любого АГ наибольшее влияние оказывает изменение температуры окружающей среды. Если АГ термостатируется, то влияние изменения температуры окружающей среды на частоту АГ резко снижается.

На частоту диапазонного АГ, помимо изменения температуры окружающей среды, наибольшее дестабилизирующее действие оказывают выбег частоты и неточность установки частоты. На частоту АГ, работающего на одной или нескольких фиксированных частотах, наибольшее влияние, помимо изменения температуры окружающей среды, имеет выбег частоты.

Устойчивость частоты и амплитуды автоколебаний АГ.

Фиксирующая способность АГ.

Общие методы повышения стабильности частоты АГ

Долговременная нестабильность частоты АГ, связанная с воздействием на параметры АГ медленных дестабилизирующих факторов, определяет, по существу, устойчивость частоты автоколебаний АГ. Для нахождения медленных уходов частоты АГ можно использовать условие баланса фаз (19.14) (см. лекцию 19).

Каждый фазовый угол, входящий в условие баланса фаз, в общем случае зависит от частоты ω и дестабилизирующего фактора α. Следовательно, условие баланса фаз (19.14) можно записать в виде

. (22.3)

Согласно приведенной записи изменение дестабилизирующего фактора на величину и обусловленное им изменение частоты автоколебаний АГ могут быть связаны следующим уравнением с использованием частных производных фазовых углов по частоте и дестабилизирующему фактору:¹

откуда

(22.4)

Из (22.4) видно, что изменение частоты прямо пропорционально изменению дестабилизирующего фактора и это изменение тем меньше, чем больше величина

(22.5)

и чем меньше величина

Величина d характеризует, насколько стабильны фазы средней крутизны, эквивалентного сопротивления нагрузки и коэффициента обратной связи (с учётом проницаемости D) под воздействием дестабилизирующего фактора.

Величина с (22.5) называется фиксирующей способностью АГ. Фиксирующая способность АГ определяется суммой фиксирующих способностей: АЭ (через среднюю крутизну выходного тока), контура (электрической цепи между выходными электродами АЭ), цепи обратной связи.

Фиксирующая способность АГ оказывается положительной величиной. Действительно, согласно (22.3), учитывая, что изменение суммарного фазового угла под воздействием дестабилизирующего фактора должно быть скомпенсировано за счёт изменения частоты, можно записать:

откуда

В пределе левая и правая части последнего соотношения должны давать одинаковый результат, для чего должно быть

(22.6)

то есть производная по частоте от суммарного фазового угла в балансе фаз АГ должна быть отрицательной. Соответственно фиксирующая способность АГ (22.5)

Очевидно, если принять, что фаза средней крутизны выходного тока АЭ и фаза коэффициента обратной связи не зависят от частоты (см. лекцию 19), то фиксирующая способность АГ определяется фиксирующей способностью электрической цепи, формирующей нагрузку АЭ на частоте автоколебаний. Если эта цепь представляет параллельный колебательный контур, то можно считать²

где ω – частота автоколебаний; ω_К – собственная (резонансная) частота контура; Q – добротность контура.

На основании последнего соотношения получаем

Соответственно фиксирующая способность параллельного колебательного контура

.

Ч ем выше добротность контура и чем ближе частота автоколебаний к собственной частоте контура, тем выше фиксирующая способность контура, соответственно выше и фиксирующая способность АГ. Физически это соответствует тому, что чем выше добротность контура и чем ближе частота автоколебаний к резонансной частоте контура, тем круче фазочастотная характеристика контура (ω) в зоне частоты автоколебаний. Соответственно, для компенсации ухода фазы под воздействием дестабилизирующего фактора потребуется меньшее изменение частоты автоколебаний. Сказанное поясняется рис.22.1, на котором, для примера, показано положительное отклонение фазового угла Δ и соответствующие ему уходы частоты Δω₁ и Δω₂ при двух значениях добротности контура Q₁ и Q₂. Чем выше добротность контура, тем меньше уход частоты для компенсации такого же ухода фазы. Таким образом, для повышения стабильности частоты АГ необходимо, чтобы электрическая цепь, формируемая между выходными электродами АЭ, на частоте автоколебаний была эквивалентна высокодобротному параллельному контуру. Частота автоколебаний при этом будет близка к собственной частоте контура, стабильность которой полностью зависит от стабильности индуктивных и ёмкостных элементов контура. Уход собственной частоты контура при изменении его индуктивности и ёмкости определяется выражением (22.1). Обратим внимание, что к такому выводу мы пришли, приняв, что фиксирующая способность АГ определяется в основном контуром АГ.

В то же время, фазовые углы, входящие в условие баланса фаз (22.3), равноправны и, очевидно, если в цепь обратной связи включить избирательную систему с большой крутизной фазочастотной характеристики, существенно превышающей суммарную крутизну остальных двух фазовых углов, то в этом случае мы получим АГ, фиксирующая способность которого (22.5) будет определяться цепью обратной связи. Как мы в дальнейшем увидим, это используется в некоторых схемах АГ с кварцевой стабилизацией частоты.

Обобщая изложенное выше, методы повышения стабильности частоты АГ можно свести к выполнению двух основных условий:

1. Частота автоколебаний должна определяться в основном параметрами одного какого-либо элемента схемы АГ – контура или цепи обратной связи. Для этого необходимо, чтобы крутизна фазочастотной характеристики, а следовательно, и добротность этого элемента, были по возможности большими.

2. Параметры элемента с высокой добротностью должны мало изменяться под влиянием дестабилизирующих факторов, то есть он должен обладать высокими эталонными свойствами.

Соотношение (22.6) известно в теории АГ как условие устойчивости частоты автоколебаний. Если фиксирующая способность АГ определяется электрической цепью, подключенной к выходным электродам АЭ, то условие устойчивости частоты автоколебаний принимает вид:

(22.7)

Так как на частоте автоколебаний электрическая цепь между выходными электродами АЭ АГ должна проявлять свойства параллельного колебательного контура (см. лекцию 21), то, выражая фазовый угол через реактивные х₁, х₂ и активные r₁, r₂ сопротивления ветвей, используя условие (22.7), можно прийти к другой форме условия устойчивости частоты автоколебаний АГ:

. (22.8)

Согласно условию (22.8) на частоте автоколебаний производная по частоте от результирующего реактивного сопротивления при последовательном обходе цепи (х₁+х₂) должна быть положительной.

На рис.22.2 показаны зависимости изменения результирующего реактивного сопротивления со стороны анодного (коллекторного) контура при его последовательном обходе, входящем в систему двух связанных контуров, из которых второй контур образован внешней нагрузкой. Подобная система контуров имеет место в схеме АГ рис.21.4 (см. лекцию 21). Для результирующего реактивного сопротивления со стороны анодного контура в схеме рис.21.4 справедливо следующее выражение:

(22.9)

П
ока коэффициент связи контуров , где Q_Н – добротность контура нагрузки , зависимость результирующего сопротивления (22.9) имеет вид монотонной кривой без точек перегиба. Частота, на которой результирующее реактивное сопротивление равно нулю (резонансная частота) оказывается вблизи собственной частоты анодного контура (рис.22.2,а). При сильной связи между контурами зависимость результирующего реактивного сопротивления (22.9) трижды проходит через нулевое значение, имея две точки перегиба (рис.22.2,б). Левая и правая частоты, соответствующие нулевому значению результирующего реактивного сопротивления, являются частотами связи контуров: нижней ω_Н и верхней ω_В соответственно. Как видно из рис.22.2,б, нижняя и верхняя частоты связи удовлетворяют условию устойчивости частоты автоколебаний (22.8), а третья резонансная частота системы, находящаяся между собственными резонансными частотами контуров ω_К и ω_Н, не удовлетворяет условию частоты автоколебаний АГ (22.8). Следовательно, возникновение устойчивых автоколебаний на этой частоте невозможно. Устойчивые автоколебания в АГ с двухконтурной колебательной системой при сильной связи между контурами возможны на нижней и на верхней частотах связи. При этом в схеме АГ рис.21.4 они могут быть либо на одной частоте, либо на другой (см. явление затягивания частоты, лекция 21), если не принимаются специальные меры. В схемах двухконтурных АГ (рис.21.3) с ОК (ОЭ), с ОС (ОБ), с ОА (ОК) автоколебания возможны только на одной частоте связи, на которой коэффициент обратной связи оказывается положительным (см. лекцию 21). Очевидно, условия устойчивости частоты (22.6) – (22.8) для существования в схеме АГ устойчивых автоколебаний недостаточно. Это условие необходимо, но недостаточно. Как мы знаем, для существования в АГ автоколебаний должен быть обеспечен положительный коэффициент обратной связи, причём величина его должна быть больше некоторого минимального (критического) значения.

К АГ предъявляется также требование стабильности амплитуды автоколебаний. При каком условии это возможно, можно установить следующим образом.

Характеристики

Список файлов лекций