Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (3-е изд., 1977) (1151959), страница 57
Текст из файла (страница 57)
Кроме того, в случае самовозбуждения большое значение имеет механизм возникновения колебаний при запуске автогенератора. Все эти особенности можно выявить, рассматривая поведение автогенератора в процессе нарастания колебаний от момента запуска до полного установления стационарного состояния. Можно наметить следующую картину.
В момент запуска в колебательной цепи автогеператора возникают свободные колебания, обусловленные включением источников питания, замыканием цепей, электрическими ~п.ппанмд = Ья7апв~ь,п ', Фюмкпписппп ппатаап пппппаппхппл~пппап ппапп~папппппп Рис. 9.Ь Структурная схема аатотенсратора. Флуктуациями и т.
д. Благодаря обратной связи эти первоначальные колебания усиливаются, причем на первом этапе, пока амплитуды мазы, усиление является практически линейным и цепь можно рассматривать как линейную. Энергетически процесс нарастания амплитуд объясняется тем, что за один период колебания усилитель передает в нагрузку энергию, большую той, которая расходуется зз это же время. С ростом амплитуд начинает проявляться нелинейность устройства (кривизна вольт-амперной характеристики усилительного элемента) и усиление уменьшается.
Нарастание амплитуд прекращается, когда усиление уменьшается до уровня, при котором только компенсируется затухание колебаний в нагрузке, при атом энергия, отдаваемая усилителем за один период, оказывается завной энергии, расходуемой за это же время в нагрузке. Таким образом, на последнем этапе установления колебаний асиовную роль играет нелинейность цепи, без учета которой нельзя апределить параметры стационарного режима автогенератора.
Любой автогенератор высокочастотных колебаний в стационарюм режиме можно представить в виде схемы, показанной на рис. 9. ) 'через со„обозначена частота генерации). На этой схеме автогеиератор тзображен в виде сочетания трех четырехполюсников: одного нелиаейного, безынерционного, и двух линейных. Нелинейный четырехюлюсник соответствуег усилительному элементу (электронная лам|а, транзистор, клистрон и т. д.), первый из линейных четырех- полюсников — колебательной цепи автогенератора, а второй — цепи обратной связи. Подобное представление автогенератора справедливо для систем с внешней обратной связью.
В б 9.8 будут рассмотрены примеры автогенераторов, механизм работы которых приводит к внутренней обратной связи требующей несколько иной трактовки обобщенной схемы. Усилительный элемент совместно с избирательным четырехполюсником, обеспечивающим фильтрашпо(подавление) высших гармоник, представляет собой обычный нелинейный усилитель, развивающий на выходе гармоническое напряжение. В общем случае усиление зависит как от частоты ю,(из-за избирательности четырехполюсника), так и от амплитуды (/, (из-за нелинейности усилительного элемента). Коэффициент усиления этого устройства обозначим через К»(/ю„,(/,). Очевидно, что ////ас К» (/а1., (/1) = П,/)Ло (9.1) р Р»с» /9 При фиксированной частоте юс К является функцией только амплйтуды (/,. Рнс.
9.2. К определению стапно- К о ~ с ~ ~ я ~ и 1 ни е н т п ~ е р ел ~ а ч н л и н е и н а Р н о м и л н т У ы а о к о л е б а н н ного четырехполюсника обратной связи, который в дальнейшем будем называть просто коэффициентом обратной связи, можно выразить через амплитуды Па и 1)а: Кос (/ю) = 1),/(),. Но напряжение $/„снимаемое с выхода четырехполюсника обратной связи, есть одновременно напряжение Ц, действующее на входе усилителя. Следовательно, К, ((ю) = Ц/1)а. (9.2) Сравнивая это выражение с отношением (9.1), приходим к выводу, что в стационарном режиме автогенератора (когда только и можно пользоваться методом комплексных амплитуд) коэффициенты К» (/со„, (/,) и К„(/ю) являются взаимно обратными величинами: К» (/юс, 1)с) Кос (/сос) = 1.
(9.3) Так как коэффициент передачи линейного четырехполюсника не заисит от амплитуды колебаний, то выражение (9.3) можно испольювать для определения установившейся амплитуды колебания при саданном Кос. Именно, когда К», УменьшаЯсь с Ростом амплитУды ~из-эа нелинейности вольт-амперной характеристики усилительного слемента), достигает величины 1//(„, дальнейший рост амплитуды, как указывалось ранее, прекращается.
Это поясняется рис. 9,2„ -тационарная амплитуда (/„определяется как абсцисса точки пеэесечения графика К с горизонталью, проведенной на уровне !Ц(„. С другой стороны, выражение (9.3) можно использовать для определения коэффициента обратной связи, требуемого для поддержания определенной амплитуды У„, при заданной функции к„(и,). Для установления перечисленных общих свойств автогенератора нам не требовалось уточнять ни тип усилительного элемента, ни вид схемы автогенератора.
Это объясняется тем, что мы ограничились рассмотрением стационарного режима автогенератора. Для выяснения же механизма возникновения колебаний, атакжемеханизма установления стационарного режима необходимо исходить из конкретного электронного прибора и конкретной схемы автогенератора.
Огметим одно важное требование, предъявляемое к автогенератору, предназначенному для устройств передачи информации: вырабатываемое им колебание должно быть строго монохроматическим (в отсутствие модуляции). Любое нарушение монохроматичности, проявляющееся в паразитном изменении амплитуды, частоты яли фазы колебания, может служить причиной возникновения помех а канале радиосвязи. Требование монохроматичности включает в себя также и требование стабильности частоты авгаколебания.
Эак ВОЗНИКНОВЕНИЕ КОЛЕБАНИЯ В АВТОГЕНЕРАТОРЕ Механизм возникновения и нарастания колебания удобнее всего рассмотреть с помощью схемы лампового автогенератора (рис.9.3, и). Допустим, что запуск авгогенератора осуществляется включением в момент г = 0 постоянного напряжения Е,„. Бросок анод- Ь Рис. 9.3 Одноконтурный иаыпоиый аетотеиератор (а) и режиы работы при за- пуске (6). ного тока аа (0) (рис. 9.3, б) возбуждает в контуре Ьк, С„, и свободное колебание, параметры которого определяются параметрами контура, лампы и обратной связи. На начальном этапе запуска, пока амплитуда колебания мала, представленную на рис. 9.3, а цепь можно рассматривать как линейную, Составим для этой цепи дифферен- В качестве искомой функции выберем, например, ток (ь (0 в индуктивной ветви контура.
Исключая из первого уравнения (9,4) (с (г) с помощью второго и третьего уравнений, получаем й, ья 1с ~' =(ь+гС вЂ” ~+Е С а к р~ и и Н (9.5) Теперь необходимо ток ( выразить через напряжения, действующие на электродах лампы. В линейном режиме для этого можно использовать выражение вида (5.40) га = апек паиЖ (9.6) В рассматриваемой схеме напряжение и„является напряжением обратной связи, причем и,„= ио, = Мо(ьЯ(; следовательно, зыражеиие (9.6) можно записать в форме ~а Зй( ш к; (9.7) Приравнивая правые части уравнений (9.5) и (9.7)„а также учигывая третье уравнение системы (9.4), после группировки слагаемых золучаем следующее дифференциальное уравнение: ав ' ( ~.„с„к, с„~.„! л ~.„с„ Слагаемое ( — 554/!, „С„) в коэффициенте при первой производной хмеег смысл отрицательнозо сопротивления, вносимого в колеба~ельный контур усилителем с положительной обратной связью, Вводя обозначение триводим (9.8) к виду — +2а,„, — + (с=0.
(1 +г)гй) ~а ш в„с (9.9') Общее решение уравнения (9.9') имеет вид (ь(~)=А„е "е соз(в„Г+8,), (9.10) циальное уравнение, учитывающее лишь переменные составляющие токов и напряжений. Колебательное напряжение на контуре и,„и токи ),, ~„., (, (рис, 9.3, а) связаны между собой очевиднымй соотношениями ~,=~ю.+(с' )с=Св ' пви="'ь+7н — (94) лиан, . ш где амплитуда Л, и фаза ΄— постоянные величины, зависящие от начальных условий, а частота свободного колебания стев — — 1/(1 + Р'Яя)/Е,„ф— сх' (9.11) Предполагается заведомо колебательный режим, когда (1 + гИс)//.„С„) сх,',. Характер изменения амплитуды свободного колебания (9.10) зависит от знака аа„„т. е. от знака коэффициента при первой производной в уравнении (9нй). Если ин„в ) О, колебание затухает (рис. 9.4, а), если свана О, амплитуда колебания растет (рис.9.4, б).
ч) у а нгмт й~. =, х вуе с. 1/ л! 1Р ! рнс. 9.4. Изменение аннлнтуды свооодиого колесники в зависимости от анака ватухания. Учитывая выражение (9.9), приходим к следующему условию возникновения и нарастания колебания: авва = (1/2/.н)(г + (,„/СнЛ; — ЯМ/Сн) с О нли (9. 12) ЗМ/С„» + Сн/С,ят. Выполнение этих неравенств обеспечивает рост амплитуды колебания при сколь угодно малых начальных значениях амплитуды. Неравенству (9.12) можно придать ббльшую наглядность, если переписать его в форме М//.„) гС„/Ю„+ 1/Жь Учитывая, что отношение М//.„, равное отношению напряжения и, к напряжению и,„, является коэффициентом обратной связи К„, а также, что «С„/1.„= 1/Е,р и 1/о/ст = О, получаем Х„,~ Юг.,+В.
(9.!3) Это неравенство является основным воловики солювозбуждения азлтоненепатнора. Оно позволяет легко объяснить влияние основных параметров усилительного прибора и схемы на возникновение колебаний. Чем больше крутизна вольт-амперной характеристики 5, тем требуется меньшая величина Когн т. е. тем легче возникают авто- колебания.
Увеличение же параметра О, отображающего обратную реакцию анодного напряжения на входную цепь, наоборот, требует увеличения К„. Очевидно также, что увеличение сопротивления потеры., уменьшающее величину Я,р — — Е.„(гС„, требует увеличения обратной связи. Заметим, что правая часть неравенства (9.13) ! 1+ 1137эя йэ+ хэр — +О= сэр ээээ ЗЛэ ээр есть не что иное, как величина, обратная коэффициенту усиления а линейном режиме!см.
выражение (5.42)]. Таким образом, неравенство (9.13) можно записать еще и в такой форме: Кээ ~ 1' Ку' К полученному результату можно также придги, рассматривая автогенератор на начальном этапе запуска как линейный усилитель с положительной обратной связью. При К„К ) 1 такой усилитель является неустойчивой цепью (см. э" 5.10).
В процессе нарастания амплитуды колебания коэффициент Кг уменьшается. Это происходит из-за отрицательного напряжения смещения ээээ = )чэРээ, создаваемого постоянной составляющей тока сетки 7ээ на резисторе )ч, (рис. 9.3, а). Явления в пепи сетки полностью совпадают с явлениями в однополупериодном выпрямителе (см. 9 8.7), в котором роль диода играет промежуток сетка— катод лампы, а нагрузки — цепь )г'„С,.
При постоянной времени )г,С„намного превышающей период высокочастотного колебанвя иэ, (1), выпрямленное напряжение растет пропорционально амплитуде напряжения обратной связи м„(Г). В результате рабочая точка на характеристике лампы с ростом амплитуды колебания постепенно смещается влево, что приводит к отсечке анодного тока и уменьшению крутизны Я,р (см. у 8.4). Стационарный режим автоколебаний наступает, когда неравенство (9.!3') обращается в равенство. Таким образом, цепь )г„С, автоматически обеспечивает изменение напряжения смещения, благодаря чему удается сочетать благоприятные для запуска условия (У,ээ = Ю) с выгодным энергетическим режимом работы генератора (отсечка анодного тока) в стационарном состоянии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
