Шахгильдян В.В. Радиопередающие устройства (3-е издание, 2003) (1095866), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Тогда, полагая крутизну вещественной (Я = ЯГ,(0); ф, = 0), непосредственно из (4.16) имеем о,„, =О. Следовательно, при сделанных допущениях колебания возникают на резонансной частоте контура, что, в свою очередь, позволяет находить частоту колебаний из уравнения Х,+Х+Х =О. (4.17) Учитывая действительный характер коэффициента обратной связи, непосредственно из (4.15) может получить необходимые условия возникновения колебаний в трехточечной схеме автогенератора: ! ) Х Хг ь 0' 2) Х Хз < 0' 3) ~Хг~ < Р(з~. (4.18) Естественно, что прн выполнении условий (4.18) для возникновения автоколебания необходимо, чтобы положение покоя было неустойчивым (ХсрК > 1/Уэкв прн Увэ~ = О).
23! Таким образом, при сделанных выше допущениях коэффициент обратной связи — величина вещественная, т. е. <р„= О. При этом из (4.13) для и = 0 следует, что в стационарном режиме устанавливаются колебания такой частоты, при которой сдвиг фаз в транзисторе (ф, ) компенсируется сдвигом фаз в контуре (<р,„, ), т. е. Рис. 4.6, Иидуктиаиаа трехточсчиаа схема аатогеиератоРа Рис, 4.7. Емкостиас трехточечная схема аатогсиератора Условия (4.18) выполняются для схем, представленных на рис.
4.6 и 4.7. На рис. 4.6 показана схема так называемой индуктивной трехточки, а на рис. 4.7 — емкостной трехточки. 4.3. НЕСТАБИЛЬНОСТЬ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ 232 Как уже указывалось, стабильность частоты автогенератора является одним из основных его параметров. Этот параметр исключительно важен для электромагнитной совместимости. Нестабильность частоты характеризуется ее относительным изменением е =Аох/сл . Различают два вида нестабильности частоты автогенератора: долговременную и кратковременную. Под долговременной нестабильностью частоты понимается нестабильность, связанная с медленными изменениями частоты автогенератора (изменения окружающей температуры, давления, влажности, напряжения источников питания и т.
д.). Кратковременная нестабильность определяется быстрыми флуктуационнымн изменениями частоты автогенератора, вызываемыми тепловыми и дробовыми шумами. Условно принимают, что нестабильности частоты, проявляющиеся за время наблюдения, меньшее или равное 1 с, относятся к кратковременным. Быстрые флуктуации частоты, а следовательно, и кратковременная нестабильность определяются, как уже указывалось, высокочастотной частью спектральной плотности флуктуации частоты автогенератора Я„(а) „которая всегда может быть найдена, если известны спектры шумовых составляющих коллекторного и базового токов транзистора [2]. При этом кратковременная нестабильность автогенератора уменьшается с ростом добротности колебательной системы. Долговременная нестабильность, проявляющаяся за время наблюдения более ! с и определяемая низкочастотной частью спектральной плотности Я„(а), связана с воздействием на параметры автогенератора медленных дестабилизирующих факторов.
Поэтому в этом случае для нахождения уходов частоты автогенератора можно использовать полученное ранее уравнение баланса фаз (4.13). Если под действием дестабилизирующих факторов какой-либо параметр автогенератора ао, изменился на малую величину Аа, то, чтобы м к~ к~ экв~ экв~ (423) де де 1«=«о де ~«=«о де 1«=«о де ~«=«о' «о «=«о а =«о Учитывая, что эквивалентное сопротивление контура У„на частоте е для ие слишком больших расстроек определяется соотношением У, = й, /(1+)2е,Д), можно записать (4.24) 18оРмв = -2е! а Здесь Д вЂ” добротность колебательного контура; е, =(е — ек)/е„; й,„, — эквивалентное сопротивление контура на резонансной частоте ек' Используя (4.24), находим 2Д/е„ де 1«=«о дчээ (4.25) «о ео (4.26) Подставляя в это выражение (4.22), имеем (4.27) 6 = зор/2а. Поскольку (4.28) ~ р = ЛЕэ+ Лр„+ Лрм„ 234 Из полученного соотношения непосредственно следует, что чем ближе частота автогенератора е к резонансной частоте контура ек, тем выше значение йр,/де и, следовательно, в соответствии с (4.22) выше стабильность его частоты.
Поэтому на практике стремятся обеспечить ор,+орк «О, поскольку при этом ор, «О и колебания возникают на частоте, близкой к резонансной частоте контура. Для уменьшения фазового сдвига еэ в автогенераторе необходимо использовать транзисторы с высокой частотой ег Эффективной мерой повышения стабильности частоты автогенератора является также компенсация фазового сдвига орк+оэ„за счет включения в трехточечную схему добавочного реактивного сопротивления Уо (см. рис.
4.2). В итоге, полагая е «ек, из (4.25) получаем Ьв = Ь~р, = Ьв„2Д/аа (4.29) Подставляя (4. 29) в (4.27), получаем е = Ьв„/ва (4.30) Из выражения(4.30) следует, что независимо отдобротности контура изменение его резонансной частоты Ьв„вызывает такое же изменение частоты автогенератора. Изменение резонансной частоты контура в„= 1/эХС, как уже указывалось, может происходить за счет изменения температуры окружающей срелы, давления, влажности и т. д.
Если под действием этих дестабилизирующих факторов параметры контура А и С получают малые приращения ЬЕ, и ЬС, то резонансная частота контура изменяется на величину 1 ~~я. ЬС1 Ьа„= и+пнс+ьс) Йс (4.31) Подставляя (4.31) в (4.30) и учитывая, что а и в„, получаем е = — 0,5(Ьх./2. + ЬС/С). (4.32) Из (4 32) следует, что для создания высокостабильных автогенераторов необходимо использовать элементы колебательной системы (емкости и индуктивности) с малыми относительными изменениями их параметров. В частности, при изменении температуры окружающей среды необходимо применять емкости и индуктивности с малыми тем- 235 то всякое изменение углов, входящих в уравнение баланса фаз, изменяет суммарный фазовый сдвиг. Следует отметить, что дестабилизирующие факторы по-разному влияют на изменение частоты автогенератора.
Так, если эти факторы меняют углы в, и в„(изменяются, например, параметры эквивалентной схемы транзистора за счет изменения режима его работы), не меняя резонансной частоты контура (Ьа,, =О), то Ьв = Ьв, + Ьв„и непосредственно из (4.27) следует„что стабильность частоты возрастает с ростом добротности контура. Физически это объясняется тем, что при большой добротности крутизна его фазо-частотной характеристики оказывается высокой и для изменения углов у, и в„необходимо очень небольшое изменение частоты автогенератора. Другая группа дестабилизирующих факторов (температура, влажность и т.
д.) действует непосредственно на резонансную частоту контура а„, не изменяя а, и в„(Ьа, = Ьв„= О). Если величина а„изменилась на малую величину Ьв„, то при в„м а из (4.24) и (4.28) имеем пературными коэффициентами ас и аг (ас=Ь.(,/ЕЬК аг=ЬС/СЬг, где Ы вЂ” абсолютное изменение температуры). Характер и величины изменения реактивных параметров колебательной системы зависят от конструкции этих элементов. При этом весьма эффективно для повышения стабильности автогенератора использовать термоком пенсацию (емкость и индуктивность имеют разные знаки ас и аг) и термостатирование.
Тепловой режим автогенератора определяется не только окружающей средой, но и тепловыми процессами, протекающими непосредственно в транзисторе. Для повышения стабильности частоты автогенератора необходимо для облегчения его теплового режима снижать снимаемую с него мощность. Стабильность частоты автогенератора зависит и от механических воздействий, оказываемых на элементы колебательной системы (например, вибрации). Вибрация меняет емкости между деталями и проводами, что, в свою очередь, изменяет частоту автогенератора. Уменьшение влияния механических воздействий на частоту автогенератора достигается за счет использования интегральной технологии. На стабильность частоты автогенератора, кроме того, влияет изменение параметров транзистора.
К контуру автогенератора подключены комплексные проводимости транзистора уп, уп, гэг Активные составляющие этих проводимостей яп, яю, я,э вносят активные потери в контур, снижая, как указывалось, его добротность, а следовательно, и стабильность частоты автогенератора при изменении и, и <р„. Реактивные же составляющие этих проводимостей Вп, Вап Вп вносят поправку к частоте автоколебаний; их изменение приводит к изменению частоты автоколебаний аналогично механизму влияния собственной емкости и индуктивности колебательного контура. Кроме температуры окружающей среды в качестве дестабилизирующего фактора выступает изменение напряжения источников питания. При изменении этих напряжений (например, Ек) изменяются, в частности, реактивные параметры транзистора Вп, В, Впг Изменение проводимостей Вп, В, Вп происходит за счет изменения барьерных (зарядных) емкостей транзистора и постоянных времени коллекторного и змиттерного переходов.
Эти параметры транзистора, в свою очередь, зависят от изменения питающих токов и напряжений. Для уменьшения изменения реактивных проводимостей транзистора, вызванного изменением питающих напряжений, необходимо увеличивать рабочие токи и напряжения на переходах транзистора. Однако при этом возрастает мощность, рассеиваемая в транзисторе, что приводит к изменению его температурного режима, а следовательно, и к ухудшению стабильности частоты. Поэтому для каждого типа транзисторов можно указать опти- 4.4.
ЦЕПИ ПИТАНИЯ АВТОГЕНЕРАТОРОВ Схема питания автогенератора (рис. 4.8) по постоянному току во многом соответствует схеме питания генератора с внешним возбуждением. Ранее указывалось, что в начальный момент для выполнения условий самовозбуждения (Е, К > 1/Е ) необходимо, чтобы крутизна характеристики /, = /((/ ) транзистора была достаточно большой. Это означает, что начальное смещение на базу транзистора должно быть больше напряжения отсечки Е'. При возникновении автоколебаний по мере нарастания амплитуды колебаний для снижения средней крутизны (см. рнс. 4.4) необходимо, чтобы смещение Ес < Е'с.
Таким образом, в транзисторном автогенераторе должно быть внешнее отпирающее смещение Ея,„(за счет делителя Я,Яэ на рис. 4.й) н запирающее автоматическое смещение Ея — Ев,„(за счет токов 1яе н 1ке). В стационарном режиме Я Я,Я Е« — 1в~ - Яэ(1ке + 1ве) Я~+Яэ Я~+Яг (4.33) Здесь (Я /(Я, + Я Я)Е, — внешнее отпирающее смещение; (Я,Яэ/(Я,+ Яэ)) 1в — автоматическое смещение за счет базового тока„ Яэ(1ке + 1яе) — автоматическое смещение постоянной составляющей эмиттерноготока 1 =1 +1 . Учитывая, что 1 =1кефе, 1 )+Во 1ке (Ве — статический коэффициент усиления по току в схеме с Ве ОЭ), нз (4.33) имеем Еа Екя я /к я я+Яэ+Яз. (4.34) Прн кусочно-линейной аппроксимации 237 мальные значения напряжения Ек н тока 1, при которых стабильность частоты будет наибольшей. Для уменьшения влияния изменения параметров транзистора на частоту генератора на практике уменьшают связь колебательного контура с транзистором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
