Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 24
Текст из файла (страница 24)
На рис. 4.2, б показана эквивалентная схема автогенератора, полученная из рис. 4.2, а путем замены активного элемента с эле- а) ф Рнс. 4.2. Првнпнпвальная алектрнческая (в) н аквнвалентвав (6) схемы травзнсторного автогенератора У„= 1.,1У'„=а, +)в,. а,=(1„1У„) с р,; Ва (1ад/Уаг) згп фв (4.)) (4.2) Здесь (4.3) Активный элемент отдает в резонатор максимальную мощность Рг '= )Р-! = 0,5 У,'1)аа ) (прн заданной амплитуде У„), если а, отрицательна и максимальна по модулю, т. е. при ~р, = и. В этом случае колебания первых гармоник (,(1) и иа (1) противофазны и В,=О.
122 ментами цепи обратной связи генератором тока, который управляется напряжением на резонаторе. Векторная диаграмма токов, соответствующая схеме рис. 4.2, б, изображена на рнс. 4.3, а, где 1ст. 1с„!лт — амплитуды первых гармоник токов ветвей эквивалентной схемы резонатора; 1аы ӄ— амплитуды первых гармоник выходного тока и напряжения АЭ. Фазовый угол ф, между колебаниями первых гармоник тока 1, (1) и напряжения иа (1) зависит от фазовых сдвигов в АЭ и цепи обратной связи.
Если п12» ма (Зп12, то мощность Р =0,5 1„УюХ хеж ~р, отрицательна; зто означает, что АЭ отдает ее в резойатор. Поделив все компоненты векторной диаграммы (рис. 4.3, а) на общее напряжение Уяы получим диаграмму проводимостей (рис. 4.3, б). В соответствии с рис. 4.3, а 1„, = 1е1 + )1,"ы где 1;~ = 1ю соз <~а' 1аг = 1ат Згп фч, поэтому Динамическая выходная ВАХ автогенератора такая же, как ВАХ усилителя мощности (см.
рис. 1.10): при ~ра = и она содержит участок отрицательной крутизны. Таким образом, правильно выбранная положительная обратная связь приводит к появлению участка отрицательной дифференциальной проводимости д, = = б1,/би, на динамической выходной ВАХ. Диодные автогенераторы. Пример схемы диодного автогенератора представлен на рис. 4.4, генераторный диод здесь изображен в обобщенном виде и имеет г ! два электрода: И вЂ” исток, а У К вЂ” коллектор.
На динамической ВАХ генератор- а! ф Рнс. 4.3. Векторная анаграмма токов (а) н днаграмма проводнмостея (о) в автогене- раторе Рнс. 44, Схема днодного автогенератора ного диода в режиме установившихся колебаний формируется участок отрицательной дифференциальной проводимости. Участок отрицательной крутизны генераторных диодов некоторых типов (например, туннельных диодов) имеется не только на динамической, но и на статической ВАХ. Если мгновенные ток и напряжение АЭ соответствуют участку отрицательной крутизны динамической ВАХ, то колебания первых гармоник 1„(1) и иа(г) противофазны, поэтому на частоте генерации диод эквивалентей отрицательной проводимости — 10,1.
При учете временнбй задержки в АЭ и влияния его реактивных компонентов (межэлектродиой емкости, индуктивности выводов) фазовый сдвиг ~р, между 1, (1) и иа (1) отличается от и. В соответствии с (4.3) в этом случае В, Ф 0 и генераторный диод может быть заменен комплексной проводимостью У, = О, + 1В,. Следовательно, как в транзисторных, так и в диодных автогенераторах АЭ на частоте генерации эквивалентен комплексной выходной проводимости )г, = 1аг~сга„где 1„, с)„— комплексные амплитуды первой гармоники выходного тока и напряжения АЭ. Действительная и мнимая части У, определяются соотношениями (4.2) и (4.3).
Замена АЭ комплексной проводимостью дает возможность применить единый метод анализа автогенераторов обоих типов. 123 Динамические ВАХ активных элементов. Существуют АЭ с динамическими ВАХ У-и 5-типа (рис. 4.5). Большинство современных АЭ (транзисторы, диоды Ганна, туннельные диоды) имеют ВАХ У- типа, у некоторых приборов (например, со структурой р-и-р-и) существуют выходные ВАХ 5-типа. В последующих параграфах из- иа аааа О а) "а а ф та 0 ф аа Рнс.
45. Дннвмнчсснне ВАХ внтнвнын элементов: а — М.тапа; б, а — 3-тапа лагается теория автогенераторов на АЭ, имеющих выходную динамическую ВАХ А'-типа. Ее результаты с некоторой модификацией могут быть использованы и для активных элементов с ВАХ В-типа. $4.3. Стационарный режим работы автогенератора Стационарным называют режим установившихся колебаний, т. е.
режим, в котором амплитуда и частота автоколебаний не изменяются во времени. Цель анализа стационарных режимов состоит в отыскании условий их существования, поиске оптимального режима и получении соотношений, связывающих амплитуду и частоту колебаний с параметрами АЭ и резонатора. Квазилннейный метод анализа стационарного режима.
Как и при изучении усилителей мощности и умножителей частоты, применим квазилинейный метод анализа. Нелинейный АЭ заменим усредненной по первой гармонике комплексной выходной проводимостью У, (4.1). Если изменяется амплитуда колебаний У,ы то в соответствии с (4.1) изменяется н проводимость У„т, е. У, есть функция амплитуды. Уэ (Уэт). Как известно, применение квазилинейного метода анализа оправдано только в том случае, когда либо ток 1э (1), либо напряжение иа (1) — гармоническая функция времени. В схемах автогенераторов, изображенных на рис. 4.2, а и 4.4, гармоническим следует считать напряжение иа (1), так как АЭ подключен параллельно колебательному контуру. Напряжение на контуре имеет гармоническую форму, если его добротность достаточно велика. Линейную часть схемы (резонатор вместе с нагрузкой) в точках подключения выходных электродов АЭ заменим ее входной проводи- мастью У„= О, + )В„.
Таким образом получим эквивалентную схему автогенератора (рис. 4.6). Проводимость У„зависит от частоты ы. Выходная проводимость АЭ У, также в некоторой степени зависит от частоты, однако эта зависимость обычно выражена слабее, чем У„(лв), поэтому для простоты анализа ее учитывать не будем.
Условия существования стационарного режима автоколебаний. По первому закону Кирхгофа дляжхемы рис. 4.6 УахУа+ Уа1Уа = =0 или Уа Уа (4.4) Соотношение (4.4) может быть записано в виде двух уравнений с„( ) = — а,(и„,), (4.5) Ва(в) = — В,(У„). (4. 6) Уравнения (4.5) и (4.6) являются условиями существования снюцио нарного режима автоколебаний. Рассмотрим их физический смысл В соответствии с рис. 4.6 выходная 1 мощность АЭ Р вЂ” 0,50,10, (так как 0,( О, то Р (0), а мощность, потребляемая резонатором (с учетом нагрузки), Р, =0,50а, О„. При выполнении условия (4.5) Р = — Р~. Таким образом, (4.5) — это условие баланса активных мощностеи.
хвл Соотношения (4.6) может быть записано в виде В„+ В„= О. Рас, 4.6. Обобщенная ахаявалаятЭто условие резонанса в полной ко- аая схема аатогаяератора лебательной системе автогенератора, образованной резонатором и АЭ. Колебания в автогенераторе происходят на резонансной частоте ар суммарного резонатора. Следует отметить, что условия (4.5) и (4.
6) — необходимые, но не достаточные для существования стационарного режима автоколебаний. Применение метода годографов для анализа стационарного режима. При анализе стационарных режимов удобно пользоваться годографами выходной проводимости У, АЭ и входной проводимости У„колебательной системы. Годогрсир проводимости У = б + )В— это линия на комплексной плоскости б, )В, по которой перемещается конец радиус-вектора У при изменении аргумента от 0 до оо.
Направление годографа соответствует возрастанию аргумента. Аргументом У„является частота ла, аргументом У, — амплитуда колебаний Уао Примеры годографов Уа (ы) приведены в приложении 9 (направление возрастания аргумента указано стрелкой). Если на одной плоскости построить годографы У„(ю) и — У, ((7„), то в соответствии с (4.4) их пересечение определяет стационарный режим колебаний (рис. 4.7). Так как каждая точка годографа Ув (ю) соответствует определенной частоте, а каждая точка годографа — Уа ((7„) — определенной амплитуде колебаний, то пересечение У„ с — У, позволяет одновременно найти частоту отр н амплитуду (7с, колебаний в стационарном режиме. 1аа! о б 0 Пег оа! ф Рнс. 4.8, Определепне частоты и амплн- туды колебаннй прп Ва=в Рнс. 4.7. Определенме стацнонарного режпма с помощью годографов Зля построения годографов Ув (го) и — У, ((7„) необходимо знать зависимости ба (ю), Вв (ог), — Оа ((7аг) и — Ва ((7аг).
фУнкции бв (ог) и Вв (ог) легко найти, знаЯ стРУктУРУ линейной части автогенератора, методами расчета линейных цепей. Для отыскания зависимостей — О, ((7ат) и — В, ((уаг) следует рассчитать режим АЭ при разных амплитудах (7„, найти амплитуду выходного тока активного элемента 1„, а также фазовый сдвиг Ч~а между (, (7) и иа (г) как функции (7а, и, наконец, воспользоваться соотношениями (4,2), (4.3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
