Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы (3-е изд., 1977) (1151959), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Неравенство К„ ) 1/К» можно рассматривать как условие самовозбуждения автогенератора любого типа. Однако механизм ограничения амплитуды колебания зависит от особенностей усилительного прибора. Так, в транзисторном автогенераторе с общим эмиттером (рис. 9.5,а) рабочая точка на вольт-амперной характеристике в момент запуска расположена не в начале координат, а при положительном значении Увэ э (рпс. 9.5, б).
Это необходимо ввиду того, что в транзисторе токи коллектора и базы связаны соотношением 1„= — 5(в и тРебование достаточно большой кРУтизны характеристики (для облегчения условия самовозбуждения) заставляет располагать рабочую точку на линейном участке характеристи- ки га (ио,). Поэтому на начальном этапе запуска нарастание амплитуды колебания не сопровождается увеличением напряжения смещения (отрицательного).
Рабочая точка сдвигается влево лишь при заходе амплитуды колебания на нижний сгиб характеристики, когда проявляется эффект выпрямлевия напряжения и„(б) в цепи база — эмиттер. ~боб ~а~„' Оабб бз Рис, Н.й Опнокоитурный транзисторный аитогенератор (а) и режим работы при запуске (о).
В схеме на рис. 9.5, а в отличие от схемы на рис. 9.3, а показан независимый источник постоянного напряжения Ево, включенный последовательно с цепью )та, Со автоматического смещения. В транзисторных автогенераторах напряжения Ено и Еко обычно подают от общего источника. ЗЗ. СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ АНТОГЕНЕРАТОРА. БАЛАНС ФАЗ Выяснив условия возникновения колебаний, определим амплитуду и частоту автоколебання в стационарном режиме.
Для определения амплитуды можно воспользоваться соотношением (9.3), пригодным для любого автогенератора. Неравенство (9.13) обращается в равенство (9.3) только при уменьшении средней крутизны Я,р до величины, отвечающей условию 1(оо = 1тоорЕар + () или Еор 1У()(оо 1~) ~~р' Так как Я,р зависит от амплитуды колебания, второе равенство (9.!4) позволяет найти стационарную амплитуду, Более наглядно определение стационарной амплитуды, основанное на методе колг- бательной хприктеристики /„„, (Е„„), где /„.„— амплитуда тока в колебательном контуре усилителя, получающегося из автогенератора при устранении обратной связи. Задавая на входе усилителя амплитуду Е,„ высокочастотного колебания с частотой ы = вр — — 15' 1.„С„, находят (расчетно иля экспериментально) амплитуду тока в контуре 1„,.
Типичный ввд колебательной характеристики показан на рис. 9.6 (кривая /). При малых амплитудах Е„ эта характеристика линейна, так как рабочая точка по условию расположена на линейном участке вольтамперной характеристики. Ограничение колебательной характеристики усилителя при больших амплитудах Е„обусловлено ростом напряжения смещения (при использовании цепн автоматического смещения, см. предыдущий параграф). Для определения амплитуды тока, которая установилась бы в автогенераторе (после введения обратной связи), необходимо найти зависимость между 1„„., и напряжением (/„.
Так как (/„= = 1„„,Х„, где Х,„ — сопротивление связи, то 1„„, = (/„/Х„. Эта зависимость, определяемая линейной цепью автогенератора, показана на рис.9.6 в виде ливии 1/, наклоненной к оси абсцисс под углом у = агс(6 (1/х„). Эта линия называется линией обратной связи. Ордината точка пересечения линий 1 и ! / определяет стационарную амплитуду тока /,, „, а абсцисса — стационарную амплитуду напряжения (/ „,. Действительно, в точке пересечения величина тока /„„„развиваемого усилительным прибором в контуре (линия 1), как раз совпадаегс величиной тока (линия //)„необходимого для создания исходного напряжения (/ом С увеличением связи наклон линии 11 уменьшается и стационарная амплитуда тока растет.
При очень сильной обратной связи /„„, „может даже уменьшиться из-за убывания колебательной характеристики усилителя,связанногос заходом в обласгьнасыщения вольт-амперной характеристики усилительного прибора. Такой режим получается при связи, соответствующей линии ОА (рис. 9.6). Нетрудно показать, что точка С пересечения линий 1 и !! является устойчивой. Это означает, что при случайных отклонениях амплитуды тока от стационарного значения автогенератор возвращается в исходное состояние. Это свойство автогенератора поясняется рис. 9.7. Допустим, что амплитуда тока в контуре увеличилась на Л1. Это вызовет увеличение напряжения обратной связи на Л(/„.
Но при напряжении на входе (/„„+ Л(/„ усилительный прибор способен поддерживать в ковтуре лишь ток 1,'„, меньший тока 1„„„, + Л!. Следовательно, ток в контуре не может удержаться на уровне 1„„, „+ Л1 и должен убывать, т. е. возвращаться к исходному значейию 1,, „, То же будет при случайном уменьшении тока в контуре. Определим частоту автоколебаний. В первом приближении эта частота совпадает с частотой собственных колебаний контура Е„, С„ г, шунтированного внутренним сопротивлением электронного при- бора. При линейном рассмотрении (на начальном этапе нарастания амплитуды) влияние шунтирования учитывалось коэффициентом (1 + «Жг) при последнем слагаемом в уравнении (9,8).
В стационарном режиме, когда внутреннее сопротивление электронного прибора К, приведенное к току первой гармоники, зависит ог угла отсечки (см. 9 8.4), частота генерации определяется выражением щг=(1/УЕ„С„) У1+гЯ'. (9.15) Эту поправку к частоте приходится учитывать при оценке нестабильности, обусловленной влиянием непостоянства режима работы усилительного прибора. При выполнении же технических рас- гнат д, гг „ Рнс. 9.6.
Колебательная карактери- Рис 9.7. К нокааательстну устойчн стика нелинейного усилителя с анто- ности стационарного режима антогс- матическнм смещением. нератора. четов частоту автоколебаний обычно считают совпадающей с резонансной частотой колебательного контура. Имеются, однако, еще и другие факторы, которые влияют на частоту генератора более существенно, чем Я,'. Для выявления этих факторов рассмотрим фамвые соотношения в замкнутом кольце обратной связи автогенератора.
Сумма всех фазовых сдвигов в кольце должна равняться п2п, где и — целое число (см. (5.98)!. Это условие определяет баланс фаз в автогенераторе. Для простого одиоконтурного авгогенератора это условие можно записать в форме грт + грос = кп~ (9.16) где ~р обозначает аргумент комплексного коэффициента уснления К, а гр„— аргумент комплексного коэффициента обратной связи Кос Исходя из уравнения для коэффициента усиления К ~ Б Е р (1со)' (9.1У) где 8,р — в общем случае комплексная крутизна, получаем для ~р следующее выражение: <ру = фз + рг+ и (9.18) Здесь ~рз — аргумент 8,р, а <р, — аргумент сопротивления параллельного колебательного контура. Слзгаемое я учитывает знак минус в правой части (9.17).
Итак, уравнение баланса фаз (9.!6) для одноконтурного генератора принимает внд М + 7» + %ос + и = йп или + ч'~+ чОО (9.19) Из условия (9. 19) вытекает, что все факторы, оказывающие влияние на фазовые сдвиги в отдельных звеньях автогенератора, влияют и иа частоту генерируемых колебаний.
Так, например, включение фазосдвигающей цепи в четырехполюсник обратной связи сдвигает частоту генерации относительно резонансной частоты колебательной цепи автогенератора. Работа подобного автогенератора, в котором в качестве фазосдвигающего устройства используется линия задерж. ки, рассматривается в з 9.9.
В практике часто приходится считаться с влиянием и угла чз иа частоту автоколебаний. Во всех предьщущих параграфах данной главы, а также гл. 8 средняя крутизна характеристики усилительного прибора считалась действительной величиной (~рз = О). Между тем следует отметить по крайней мере два фактора, придающих средней крутизне комплексный характер: 1) неполное отфильтровывание высших гармоник импульсного тока, 2) инерция электронов.
Механизм влияния токов высших гармоник на частоту генерации заключается в следующем. При прохождении через колебательную цепь зги токи создают некоторое, хотя и очень малое, падение напряжения, благодаря чему результирующее напряжение на колебательном контуре, а следовательно, и на выходе цепи обратной связи становится несинусоидальным. Это приводит к тому, чтоположительная полуволна возбуждающего напряжения, определяющая форму импульса тока, деформируется, становясь несимметричной относительно своего максимального значения, Асимметрия объясняется тем, что для высших гармони к тока колебательная цепь представляет собой почти чисто реактивное, а для первой гармоники— активное сопротивление; добавочные напряжения от высших гармоник имеют начальную фазу 90' (при нулевой начальной фазе напряжения от первой гармоники).
Асимметрия импульса электронного тока в свою очередь приводит к некоторому сдвигу фазы первой гармоники тока относительно первой гармоники возбуждающего напряжения. В результате отношение 1, к Ем т. е. средняя крутизна Б,р, становится комплексной величиной. Ясно, что чем выше добротность колебательной цепи, тем ближе напряжения к гармоническим и тем слабее влияние высших гармоник на частоту генерации. В автогенераторах с обычными колебательными контурами огно'ительная поправка к частоте, обусловленная влиянием высших гармоник, порядка 10 ' — 1О а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
