Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (4-е издание, 1986) (1095423), страница 67
Текст из файла (страница 67)
9.30. Автогенератор с линней задержки в цепи обратной связи 293 ров, как число частот в полосе прозрнчггости кои~урн, нри которых выполняется фазовый баланс, форма АЧХ избирательной нагрузки, режим самовозбуждения (мягкий или жесткий), и некоторых других. Рассмотрим сначала случай, когда в полосе прозрачности одиночного колебательного контура имеется всего лишь две частоты, иа которых возможна генерация: ы, и вге Это означает, что в полосе 2дги„2 ти (т„- постоянная времени контура) набег фазы в линии задержки Т близок к 2п, к е.
2Лвг,Т 2п или Т св л Лыи = лги. Примерное расположение ип и гна нн оси чистот ~гокнзано ин рис. 9 32. Через Е, и Е, обозначены амплитуды колебаний с указанными частотами в какой-то момент времени после запуска генератора с мягким режимом возбуждения. При циклическом обходе замкнутого кольца обратной связи при каждом прохождении через нелинейный элемент соотношение между амплитудами Е, и Еа будет изменяться в пользу Е,. С аналогичной ситуацией мы имели дело при рассмотрении подавления слабого сигнала в амплитудном ограничителе в 9 8.7. В итоге колебание с частотой вгт полностью подавляется и в системе остается всего лишь одно колебание с частотой втг, для которого начальные условия прн запуске более благоприятны.
Иначе обстоит дело в автогенераторе с жестким режимом самовозбуждения, когда при запуске для установления автоколебаний требуется внешний источник колебаний. В зависимости от выбора запускающей частоты в генераторе может быть установлен стационарный режим на любой из частот втт или вта Отсюда видно, что «жесткий» автогенератор с запаздывающей обратной связью можно использовать как устройство, запоминающее одну из нескольких частот, подаваемых в момент запуска. Вернемся к автогенератару с мягким режимом самовозбуждения н допустим, что в полосе прозрачности колебательной цепи имеется значительное число частот возможной генерации.
Та ккак эти частоты расположены на оси гв эквидистантно (рис. 9.33), то можно допустить существование совокупности колебаний с частотами игг, ыа ыа .. при амплитудных и фазовых соотношениях, характерных для угловой модуляции. Подобное сложное колебание с постоянной амплитудой проходит через нелинейность (амплитудный ограничитель) без изменения соотношения между отдельными составляю- шими спектра. Это означает, что нелинейная часть автогенератора ие препятсгвует одновременной генерации сетки чистот.
Этого, однако, еще недостаточно для устойчивой генерации. Необходимо, чтобы передаточная функция избирательной цепи обеспечивала сохранение внутриспектральных соотношений. Амплитудно-частотная характеристика избирательной цепи, представленная на рис. 9.33, не отвечает этому требованию. Более подробное .(аг-ат Гт р Р, ги Еа юг мг ага гиг мр гна Рис.
9.3К Расположение иоанн кнык частот генерации ири инелеиии аалержки н 1гевь обратной гиизи Рис. 9,32. К нвиросу о ин,гавлении слабвго колебании в автогенератор» г чвлержкий и цени ибративй синги 994 -2' з Рнс. 9.ЗД Форм» ЛЧХ кабирах«ланой це ии, иеблагоприятнаи длн одновременно. го генерировании нескольких частот !'ис. 9.84. Форма ЛЧХ избирательной це- ни, донусьаюцгей устойчивую генерацию нескольких частот одновременно рассмотрение' показывает, что для устойчивой генерации сиекгра чистот АЧХ колебательной системы должна иметь неравномерность типа седловины (рис. 9.34). Генератор с запаздывающей обратной связью обладает некоторыми другими интересными свойствами, обусловленными большой крутизной ФЧХ, например повышенной стабильностью генерируемой частоты.
9.1!. йгС-ГЕНВРАТОРЫ ' См.: Гоноровский И Г:. К вонросу об установлении автоколебаннй в высокочастотном генераторе с заназдываююей обрат. ной связью. Радиотехника, )958. № 5. Рис 9га5, Однокаскадный нариант ГгС-генерато. ра 995 Генераторы с колебательным (.С-контуром эффективны для получения высокочастотных колебаний. Для генерирования же низких (звуковых частот) они неудобны из-за конструктивных недостатков (колебательный контур получается слишком громоздким и трудно перестраиваемым).
В связи с этим для получения гармонических колебаний в диапазоне от нескольких герц до нескольких десятков килогерц широко распространены, особенно в измерительной технике, ЯС-генераторы. Один из возможных вариантов схемы йС-генератора представлен на рис. 9.35. Отличие )сС-генератора от (.С-генератора заключается в том, что вместо усилителя с колебательным контуром здесь применен резистивный усилитель, а обратная связь осуществляется прц помощи специального четырехполюсника, составленного нз резисторов и конденсаторов. Схема на рис.
9.35 соответствует усилителю с фазовым сдвигом напряжения ()х иа 180 относительно (), (например, однокаскадному транзисторному усилителю с ОЭ). Для генерации на заданной частоте необходимо, чтобы сумма фазовых сдвигов нри обходе замкнутого кольца обратной связи равнялась 2я и, кроме того, чтобы коэффициент усиления К являлся величиной, обратной К„с !см. (9.3)!. Следовательно, обведенный на рис. 9.35 штриховой линией чсгырехиолюсник обратной связи должен обеспечивать дополнительный фазовый сдвиг на 180'. Нетрудно выявить требования, предъявляемые к элементам этого четырехполюсиика. Придерживаясь обозначений рис. 9.35, составляем систему уравнений ()х - 1 йчС!1, -(1~ггчС) Х де с м !т= их, — (1 'г>С)(, +.
()с, 2'п»С) (т — ( ! йоС) 1, = О, — (1 йоС) (х ° (Я . 2 йоС) 1а =и Решая эту систему, находим — и пас 1а !5 (юйС)т — 11-К Г!(юйС)з — байС! Так как напряжение на выходе четырех полюсника обратной связи (отсчитываемое по направлению тока 1„) равно 1в11ыС, то коэффициент обратной связи -2о 1,, Г!то С -оо ФО ДЛ )вз Кве (1В)) и„ 1 (5(в ЛС)х — 11 1!П ЛСР -6»/гс! 19.581 Рне. 9.36.
Ампвнтудно- н фазо-частотная характеристики четырехполюсннка об. ратной связи в схеме нв рнс 9Л5 Аргумент и модуль функции К„, (1чо) представлены на рис. 9.36. Из выражения (9.58) следует, что фазовый сдвиг !80 получается при частоте, отвечающей условию озКС ((вКС)з — 61 —. О. Следовательно, генерация возможна на частоте ют - 1'6 РС. Между модулем и аргументом передаточной функции рассматриваемого четырехполюсника существует однозначная связь.
Подставляя найденное значение то, в выражение (9.58), находим модуль 1 1 К., (отт) = !5 (<ет ЛС)е — 1! 931 Итак, произведение КС определяет частоту генерации и одновременно коэффициент обратной связи. Это означает, что показанный на рис. 9.35 усилитель должен обеспечивать усиление Кт ) 11'К„т 29. При разбиении произведения ЯС на множители имеется значительная свобода, облегчающая выбор удобных величин )с и С. Необходимо л1пнь обеспечивать условие К))(т'„, где Йв — резистор нагрузки усипителя, так как только при этом условии усиление Кт не зависит от К. Ступенчатое изменение частоты генератора в широком диапазоне осуществляется с помощью набора переключаемых резисторов и конденсаторов, а плавная настройка в каждом из поддиапазоиов — с помощью конденсаторов переменной емкости, На рис.
9.37 изображена схема иного варианта КС-генератора, в котором необходимый для генерации баланс фаз обеспечивается в самом усилителе, например, применением двух каскадов, каждый из которых поворачивает фазу на 180'. Назначение же вспомогательной цепи г,, С,, г,, Се заключается в том, чтобы по возможности сузить полосу частот, в которой обеспечивается баланс фаз. Для определения соотношений между «„С„гв С, исходим из передаточной функции четырехполюсника обратной связи: гз<)юСт гз+ ! <'<о<Се К„(<от)— гх!<о<Сх (г, + ! /<а<С,) -1- г,+ <,<юС< (9.59) )+г,,'г,-, 'Се<С,+<(<зС< г,— ),юС, гв) В данном случае частота, на которой возможна генерация, определяется условием <о<Се<< 17<о<С<ге = О, откуда <ог . 17)<г, С,гхС, = 17)~тхт„ где т, и т, — постояннь<е времени цепей соответственно г,С, и г, С,.
Обычно применяются одинаковые резисторы (г, = гв) и конденсаторы (С, = С,). При этом т, = тв = г, частота генерации <ог = 1/т и выражение (9.59) принимает вид Кос(!то) =. =-К (<о)е ч'<' ' <, 3+< (<"<юг юггю) где К (<и) =- ; <р„(<о) = — агс1я (1)3) (ю/о<г — от„)<о). )<'9+(<ог<"г <"г7ю)' Графики модуля и аргумента функции К„(!<о) при выбранных параметрах представлены на рис.
9.38. Существенна, что на любой частоте генерации К„(ю„) =- ! 73 = сопз1. Независимость Ко, от частоты <ог, обеспечивающая неизменность режима работы генератора во всем частотном диапазоне, подтверждает целесообразность выбора г, = — г,, С, = С,. При С, = С, упрощается, кроме того, конструкция спаренного конденсатора переменной емкости, используемого для плавной перестройки генератора. Преимуществом рассматриваемой схемы перед схемой, показанной на рис. 9.35, является также меньшее число перестраиваемых элементов. Существуют и другие разновидности схем 7<'С-генераторов, однако приведенных примеров достаточно для уяснения принципа построения автагенераторов с апериодическими цепями нагрузки и обратной связи, 7<ос.д <<аз < Рис. 9.37.
Лвухкаскааный вариант ЛС-генератора Рис. 9.33. Амплитулио- и фазо-яастотная характеристики четырехполюсиика обратной связи в схеме на рнс. 9.37 297 К качеству конденсаторов и резисторов, входящих в четырехполюсник обратной связи любого ЯС-генератора, необходимо предъявлять жесткие требования, так как нестабильность Я или С при изменении температуры приводит к изменению частоты генератора. Конденсаторы должны иметь высокое сопротивление изоляции (малую утечку), так как в противном случае в области очень низких частот шунтирующее действие утечки будет влиять на фазовые соотношения в четырехполюснике. Остановимся на некоторых особенностях механизма ограничения амплитуды автоколебання в )7С-генераторе. Этот вопрос тесно связан с вопросом о форме генерируемых колебаний.
В рассмотренных ранее СС-автагенераторах ограничение обусловлено уменьшением крутизны 5,р при увеличении амплитуды колебаний; стационарный режим наступает, когда коэффициент усиления уменьшается до значения К . = 1!К„,. Однако в данном случае нельзя допускать установления эпачнтельпой амплитуды, так как это неизбежно приведет к искажению формы генерируемых колебании" зв счет появления гарюаяил- тгжв, Ю т лжи'о' генераторов с колебательным контуром в йС-генераторах отсутствует достаточно сильная фильтрация высших гармоник. Таким образом, получается противоречие между требованием неискаженной формы колебаний (малые амплитуды) и требованием надежного ограничения (болыпие амплитуды).
Для устранения этого противоречия в ЯС-генераторы обычно вводят инерционную нелинейность в виде терморезистора, сопротивление которого изменяется в зависимости от степени нагрева проходящим через него током. В качестве терморезистора может быть использована обыкновенная лампа накаливания. Включение терморезистора показано на рис. 9.35 и 9.37. Подразумевается, что обратная связь, обусловленная введением в схему )7п отрицательна.
Например, в транзисторном усилителе с ОЭ резистор Я, включается в цепь эмиттера. Отрицательная обратная связь (по току) частично компенсирует положительную обратную связь, осуществляемую с помощью четырехполюсника К„(1н). Действительно, в рассматриваемом примере напряжение, создаваемое на Я, переменной составляющей коллекторного тока, направлено от эмиттера к заземленной шине, а напряжение положительной обратной связи — от базы к этой шине (см. рис. 9.35).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
