Петров Б.Е. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах (1989) (1095875), страница 26
Текст из файла (страница 26)
В результате получим нагрузочную характеристику, изображенную на рис. 4.12, б. Автогенераторы с жестким возбуждением колебаний применяют лишь в специальных случаях, поэтому, как правило, зависимость (6,( ((/аз), изображенная на рис. 4.12„а, неприемлема. Однако эта характеристика часто имеет форму, представленную на рис. 4.13,а. Легко заметить, что здесь возможно самопроизвольное возбуждение колебаний при 0„ ( 16е~, Нагрузочная характеристика АЭ для данного случая показана на рис. 4.13, б. Ее особенности: скачкообразный характер возбуждения и срыва колебаний; наличие диапазона значений )с„' (от 1/(6а„,( до 1/Щ), где колебания могут существовать или отсутствовать в зависимости от начальных условий; невозможность получения малых амплитуд.
Сравнивая рис. 4.11 и 4,13, замечаем, что предпочтительной является зависимость 16,1((гет), изображенная на рис. 4.11, а, при которой существует только мягкий режим возбуждения. В большинстве случаев такой режим может быть обеспечен применением комбинированного смещения (фиксированного и автоматического). Условия воабумдення н существования устойчивых неаатухающнх колебаний в автогенераторе. 1.
Действительная часть выходной проводимости Аз (4.2) должна быть отрицательной: 6е ( О. 2. Должны быть выполнены условия: магкого самовозбУжденнЯ 6е ( О (4.! 1), 16,1 ) 6„(4.12) и 16е1 = 16 существование стационарного режима Р„= — )' (4.4) нлн 6„= = — 6е (4.5), В„= — Ве (4.6): устойчивости стационарного режима (4.10) б)6 1 ОВ„ — (О. б(таг бы Перечисленные условия справедливы для автогенераторов, построенных на АЭ с динамической выходной ВАХ Ф-типа. Запишем аналогичные соотношения для АЭ с динамической ВАХ 5-типа, Как следует из рис.
4.5, а, б, проведенный анализ (без учета инерционности АЭ) будет справедлив и для АЭ с ВАХ 5-типа, если в полученных соотношениях поменять местами ток и напряжение. Более того, можно показать, что если инерционность процессов в АЭ с ВАХ Ж-типа приводит к появлению емкостной составляющей выходной проводимости АЭ, то в АЭ с ВАХ 5-типа мнимая составляющая проводимости имеет индуктивный характер. Таким образом, можно заключить, что активные элементы, имеющие динамические выходные ВАХ Ф-и 5-типа, дуальны, т. е.
уравнения относительно тока для одного из них аналогичны уравнениям относительно напряжения для другого. В результате, заменив проводимгкти сопротивлениями, амплитуду выходного напряжения (у„амплитудой выходного тока 1ет, получим условия возбуждения и существования устойчивых колебаний в автогенераторе на АЭ с динамической выходной ВАХ 5-типа: Л,~О, )се -О, ~Л,~ >Я„, Я,=Я,„; г„= — г, и Я„= — Я„Х„= — Х,; б)г 1 ОХ вЂ” < о.
б(аг бы н и Здесь АЭ и колебательная система представлены комплексными сопротивлениями Е, = )ч, + )Х„Я„= )с„+ )Х„, причем К„н Х,— функции амплитуды первой гармоники выходного тока г'„; Մ— функции частоты ог; )че = )че прн lет - О. Так как выходное напряжение АЭ, имеющего динамическую ВАХ 5-типа, — однозначная функция выходного тока, то во избежание возбуждения релаксационных колебаний целесообразно применять режим с гармоническим выходным током. Это достигается последовательным включением АЭ в высокодобротный колебательный контур. При последовательном резонансе производная дХ„/оы положительна и для устойчивости стационарного режима требуется выполнение условия дЯ,1/б/„( О.
$4.6. Стабильность частоты колебаний Стабильностью частоты колебаний называют постоянство ее во времени. Под действием различных дестабилизирующих факторов частота колебаний с течением времени изменяется сложным образом. Влияние шумов, пульсаций напряжений источников питания, вибраций приводит к быстрым случайным изменениям ее около среднего значения. В то же время среднее значение частоты медленно меняется из-за старения элементов, изменения климатических условий и т.п.
Различают кратковременную и долговременную стабильность частоты. Кратковременная спиубильноеть частоты — это постоянство ее в течение коротких промежутков времени (секунд или долей секунды). Оиа характеризуется среднеквадратическим отклонением измеренной частоты 6/ от среднею значения /„ вызванным ее быстрыми изменениями. Измерители частоты фиксируют не мгновенное зна!+у „ чение /, а некоторую усредненную частоту /у,р —— — ~ /(/')б/', тусь где ту,р — интервал усреднения. Так как /(/) — случайная функция времени, то /у,р также меняется с течением времени.
Для оценки кратковременной стабильности частоты проводят серию измерений /у,р в течение некоторого времени Т„,ь„, называемого интервалом наблюдения (Т ь )) ту р) и вычисляют средне/1 квадратическое отклонение 6/ = уь — л (/у,р,— /ь)', где /„= 1 Ч~ и л,'л /у,рб А/ — число измерений.
Обычно значения ту р равны 1 сотым или десятым долям секунды, а Т„,ьл составляетдолн — десятки секунд. Учитывая случайный характер быстрых изменений частоты, часто их рассматривают как шум и для оценки кратковременной стабильности часготы применяют не величину б/, а энергетические параметры, например спектральную плотность мощности. Долговременной стабильностью называют постоянство частоты в течение длительного времени (минут, часов, суток). Ее оценивают относительной нестабильностью Ь///р, где Л/ — максимальное отклонение измеренной частоты от заданного значения /р, обусловленное медленными изменениями частоты под действием всех дестабилизирующих факторов. В настоящем параграфе рассмотрена долговременная стабильность частоты, кратковременная стабильность изучается в $ 4.7, Основные причины нестабильности частоты. Частота колебаний автогенератора определяется условием резонанса (4.6) в полной колебательной системе, включающей резонатор с подключенными к нему элементами (нагрузка, монтажные емкости, индуктивности) и активный прибор.
Варианты графического решения уравнения (4.б) представлены на рис. 4.14. Если мнимая часть выходной проводимости АЭ В, = О, то генерируемая частота — это резонансная чжтота резояатора ар —— = 2п/р (рис. 4.14, а). В этом случае относительная г/ г/ л ††-- — — нестабильность частоты обусловлена изменениями г ырУ ы ~ Р гл параметров элементов, об- -бв бы РазУющих РезонатоР, поД Аы влиянием колебаний тем- пературы, влажности, атмо- в/.
сферного давления, меха- рнс. 4,14. нестабильность частоты колеба- нических и других внешний автогенератора, обусловленнан нестабнльностыо резонансной частоты ревонато- них воздействий. Наприра (о) н нвмененнем мнимом часта выход- мер если Резонатором Яв" вой вроводнмостн АЭ (б) ляется /,С-контур, то при изменениях /.
и С на Л/. (( /., ЬС (( С изменяется и резонансная частота /р —— 1/(2пр~'4'.С), становясь равной 1 б/. 1 ЛС1 2 у(гттак~ лс) ~ 1 ~ 1 с Относительная нестабильность частоты й///р = — 0,5(Л/.//. + ЛС/С), (4. 13) Другой причиной нестабильности частоты могут быть изменения емкостей и индуктивностей элементов, подключенных к резонатору.
Так, частью резонатора является входная емкость каскада, следующего за автогенератором. Допустим, что к СС-контурунеполностью подключена некоторая шунтирующая емкость С, амплитуда напряжения на которой равна (/ы,. Пересчитаем ее в эквивалентную емкость С', подключенную к контуру полностью. Максимальная электрическая энергия, запасаемая в емкости ига=с (/.',/2=с.и„'.„„/2, где У„,в„— амплитуда напряжения на контуре, т. е. в точках соединения /. н С. Отсюда С' = рвСно где р = (/ва/(/„в„— коэффициент подключения емкости С к контуру. При изменениях С частота колебаний меняется в соответствии с (4.13): Л///р —— = — 0,5 ЬС'/Св, где Св = С+ С', или б/ 1 бС рвС (4.14) /р л С ~н 134 Еще одной причиной нестабильности частоты колебаний является изменение мнимой части выходной проводимости АЭ В, (см.
рис. 4.!4, б), обусловленной выходной емкостью АЭ, индуктивностью выводов, наличием гармоник основной частоты в выходном токе и напряжении. Она изменяется при колебаниях напряжений источников питания и смещения, температуры и других внешних воздействиях. При В, Ф О частота колебаний может быть найдена как точка пересечения линий В„(ш) и — В, (зависимостью В, от частоты можно пренебречь). Как видим, частота генерируемых колебаний может изменяться весьма существенно даже при постоянной резонансной частоте резонатора. Рекомендации по проектированию высокостабнльнык автогенераторон.
Учитывая наложенное, можно предложить следующие рекомендация по уменьшенню относительной нестабкльностк частоты. 1. Необходимо прнменять резонаторы, кмеющне высокие эталонные свойства, т. е. сохраняющие постоянной резонансную частоту прк клкматкческкх, механических н других воздействиях. 2. Крутизна завнснмостк мнимой части проводимости резонатора от частоты бВн/бы (нлн бХн!бы) на частоте генерации ы должна быть по возможностн большей (см. рйс. 4.14, б). Известно, что бВ„'~йы' = 2(7, где В„' = = Вн!Вк — нормированная мнимая проводимость; ы' =- ыгыр — нормкрованная частота; (7 — добротность нагруженного резонатора.
Таким образом, требование увеличения значения бВн)бы зквнвалентно требованию увелкче. нкя добротности Я резонатора. 3. Связь резонатора со всеми подключеннымк к нему элементами (включая АЭ) должна быть ослаблена [см., например, (4.14)). 4. Следует обеспечить режимы работы АЭ, прн которых отсутствует зависящая от режима мнимая часть выходной проводнмостн АЭ н обеспечнвается мцнкмальный уровень высших гармоник в выходном токе н напряженцк АЭ. ф 4.7. Шумы в автогенераторах В стационарном режиме амплитуда и частота колебаний совершают случайные флуктуации около средних значений. Случайные быстрые изменения амплитуды называют амплитудными или амплитудна-модулирующими (АМ) шумами. Случайные быстрые изменения частоты колебаний называют частотными или частотно-модулирующими (ЧМ) шумами.
Поскольку изменения частоты во времени сопровождаются изменениями мгновенной фазы колебаний, то существование частотных шумов эквивалентно существованию фазовых, или фаэомодулирующих (ФМ) шумов. Физически существование шумов в автогенераторах объясняется тем, что при подаче постоянных напряжений на АЭ в отсутствие колебаний выходной ток совершает случайные отклонения от среднего значения, т. е. является случайной функцией времени. Это связано с вероятностным характером движения носителей заряда в полупроводнике.
При наличии стационарных колебаний шумовые флук- 135 туации выходного тока АЭ модулируют по амплитуде и частоте основные, неслучайные колебания. Важной характеристикой шума является его энергетический спектр Лl ()). Как показывают измерения, энергетический спектр шумового тока АЭ! (1) в отсутствие стационарных колебаний имеет вид, представленный на рис. 4.15, а. В результате амплитудной и частотной модуляции стационарных колебаний частоты )р шумовы- ми флуктуациями спектраль- У ная линия выходных колебаний «размывается» (рис. 4.15, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
