Андреев В.С. - Теория нелинейных электрических цепей (1982) (1266495), страница 40
Текст из файла (страница 40)
4.54в построен соответствующий график зависимости частоты со от <ооь Он характеризуется наличием области частот о)'о) — о)воь в пределах которой возможны два устойчивых стационарных режима с различными частотами и амплитудами колеба- ний. В таком генераторе устанавлива- ' ются одночастотные колебания, частод и та которых зависит от того, как достигалась данная настройка: путем увеличения или уменьшения частоты и' о)о1 (аналогично для частоты ыоо) .
и" ." со Данное явление, свойственное много- контурным генераторам, называется / затягиванием частоты, а интервал о)о) — говоо . — областью затЯгиваниЯ, На рис. 4.55 по данным рис. 4.53а построена зависимость В (ь) (обРис. 4.55 ласть неустойчивых решений заштри- хована)", там же пунктирной линией 1 нанесена аналогичная зависимость для случая отсутствия второго контура. Поскольку крутизна — двухконтурной колебательноч ддв дго системы на рабочих частотах (ы' или о)в) значительно больше, чем для одноконтурной, в первом случае может быть достигнута значительно более высокая стабильность частоты генератора. Способ увеличения стабильности частоты за счет подсоединения к основному контуру второго (высокодобротного) широко распространен. ОСОБЕННОСТИ ТРАНЗИСТОРНЫХ АВТОГЕНЕРАТОРОВ Биполярный транзистор как активный элемент АЭ схемы генератора обладает следующими основными особенностями: меньшими, чем у полевых транзисторов и ламп, величинами входного и выходного сопротивлений АЭ, зависимостью этих величин от режима работы и частоты; инерционностью протекающих в транзисторе процессов, связанных с процессами накопления зарядов и конечным временем пролета неосновных носителей через базу.
Первая из этих особенностей приводит к уменьшению избирательности и фиксирующей способности контура, затрудняет условия самовозбуждения. Во избежание существенного уменьшения стабильности частоты и с целью оптимизации режима в таких генераторах используется обычно частичное подключение контура к выходу АЭ. Вторая особенность имеет большее принципиальное значение, поскольку в транзисторах диапазон частот (низких), в пределах которого можно пользоваться в расчетах статическими характери- )92 Т К Рис. 4.56 г — сопротивление, учитывающее рекомбннацию неосновных носителей в базе, ф— диффузионная емкость, учитывающая накоп)и ~ ление неосновных носителен в базе, 8 = —." ~ . — крутизна (ги ~ггк.э=о коллекторного тока по напряжению на эмиттерном переходе, С и С вЂ” компоненты емкости коллекторного перехода. Частотная характеристика крутизны $ такая же, как и у коэффициента передачи сн зо ( + ///а) (4.245) где Зои — значение 5 на низких частотах, /а — граничная частота усиления по току в схеме ОБ.
Коэффициент передачи входной цепи К= Си/й»и на низких частотах К~=У(о= 1/(1 +го/г). В общем случае согласно рис. 4.56 К=1/(1+ко/г+ноСиго). Обозначая через /„=— 1 (го+ г) граничную частоту, на которой модуль ко2и го гСи эффициента передачи уменьшается до К=1(о/3 2, получаем К=Ко/(1+1///,), (4 246) Коэффициент передачи можно записать также в виде К=Ке~чи Следовательно, из-за шунтирующего действия С„с ростом частоты уменьшаются коэффициент передачи входной цепи и яапряженне Ц„ возрастает сдвиг фаз ори.
Крутизна транзистора может быть определена как Уз.о Оно Уи Записывая К=Яе ао и Яи=5„е, получаем 1ч 1ч /(о Ж/)~ 1 с1+ (//Я ~) [1+ (///а) ~) ~ гРо = Чи + Фоиз (4 248) (4 249) т — 92 193 (4.247) стиками, составляет лишь несколько процентов от рабочего диапазона частот транзистора; на более высоких частотах инерционность прибора существенно влияет на все характеристики генератора, нередко заставляя видоизменять используемые принципиальные схемы. На рис. 4.56 приведена эквивалентная схема транзистора— схема Джаколетто (151. Здесь го — объемное сопротивление базы, где 1й'фе= — Я„уф.,= — Я .
Расчеты показывают, что 1,(7„ =0,05 —:0,1. С увеличением частоты уменьшается крутизна транзистора 5 и возрастает сдвиг фаз (запаздывание!„относительно Оаа), причем на более низких частотах преимущественное влияние оказывает шунтирующее действие Сд во входной цепи. При 1=1, крутизна транзистора о=5'а/)' 2 и сдвиг фаз ф,= ф„= — 45'. В таких условиях нельзя вести расчет генератора по статическим характеристикам прибора, это возможно только при (((0,3 —:0,5)1,= =(0,015 —;0,05)7„. Транзистор же работает достаточно эффективно, примерно до 7=1 На рис. 4.57а приведены зависимости ф, «р, и ф, от частоты 7, а на рис. 4.57б показана (заштрихована) та часть рабочих частот, а7 У в которой инерционными свой0 8 ствами транзистора можно пренебречь.
Как видим, в большей части диапазона рабочих частот -м транзистора при анализе гене- ратора необходимо учитывать "н инерционные свойства при- бора. ! 8 В автогенераторах стремят- 4 ся иметь частоту генерируемых колебаний «з близкой к резонанспой частоте контура «зо, и 1«нбо при этом достигается наиРис. 4.57 большая стабильность частоты.
При ф,=ф,=О из (4.109) получаем ф,=О и «з=«зо. Если же величина «р, значительна, то при ф,=О в стационарном режиме «р,= — ф„т. е. «зэк«зм Для предотвращения этого в транзисторных автогенераторах используют схемы с фазовой компенсацией, в которых в цепь обратной связи вводят такие элементы, чтобы в стационарном режиме фа+ф,=О, а потому и ф,=О. Схема генератора такого типа показана на рис. 4.58а. При введении фазирующей емкости Се в потенциометре, состоящем из Се и входного сопротивления транзистора Х,ю происходит поворот фазы на величину «р„, равну«о 194 Рис.
4.58 ,г„=агс1п(1/мСвйьх), если Х, =.й„. На рис. 4.58б построена векторная диаграмма такого автогенератора для оптимального случая полной компенсации фазовых сдвигов, когда гр„= — ~р,, 4тй ГЕНЕРИРОВАНИЕ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ОБШИЕ СВЕДЕНИЯ В радиолокационных устройствах, многоканальных системах связи, вычислительных, измерительных и других устройствах и приборах широко используются генераторы, вырабатывающие несинусоидальные колебания.
В каждом конкретном случае требуются колебания определенной формы. Так, в осциллографах и телевизорах для осугцествления развертки необходимо иметь генератор пилообразного напряжения или тока, в разнообразных импульсных устройствах — генераторы, вырабатывающие импульсы прямоугольной, треугольной или какой-либо иной формы. Резко несинусоидальные колебания, характеризующиеся разрывом функции или ее производной, называются релаксаиионными, а создающие их устройства — генераторами релахсаг1ионных колебаний.
Релаксационные колебания могут быть получены как в схемах, аналогичных используемым для генерирования почти гармонических колебаний (при определенном выборе параметров последних), так и в многочисленных специальных схемах релаксационных генераторов. Последние создаются преимущественно на полупроводниковых приборах. Определим условия получения релаксационных колебаний в генераторе рнс. 4.1б. Преобразуем (4.153), обозначив М 2а,= — ~2а,~ и 1х=Л вЂ” 1): 1 Мяе й+и~ — и' — 1)и+ и=-О. (т (4.250) ! хаэ! Заменяя в (4.250) переменную и на х=и )/ у7~2а,~, получим уравнение Ван-дер-Поля х+1г(х' — 1)х+х=О.
(4.251) При И=О (4.251) описывает колебание в контуре без потерь х+х=О, имеющее, как известно, гармонический характер. Чем больше параметр р, тем сильнее колебание, определяемое (4.251), должно отличаться от гармонического. Плавным увеличением и можно осуществить переход от синусоидальных колебаний к резко несинусоидальным. На фазоной плоскости последним соответст-. вуют предельные циклы, форма которых резко отличается от окружностей или эллипсов. МУЛЪТИВИБРАТОРЫ Мелыиеибраторами называются релаксационные генераторы, ~~стоящие из двухкаскадных резистивных усилителей, выход которых соединен со входом, В результате образуется замкнутая цепь с положительной обратной связью.
На рнс. 4.59 приведена схема мультивибратора, состоящая из двух однотипных транзисторных усилителей с общим эмиттером. 'к! !!! сФ т, Рис. 4.59 Мультивибратор называется симметричным, если транзисторы Т, и Т, и сходные элементы схемы каждого усилителя одинаковые, т. е. пк! =Лкг= Йк, Лб!=г1бг=)1б, С!= Сг — — С, н несимметричным, если какое-либо из этих условий не выполняется. Можно ожидать, что рассматриваемый далее симметричный мультивибратор будет находиться в таком состоянии равновесия, при котором напряжения и токи в соответствующих элементах каждого усилителя окажутся одинаковыми: ик1л= — Ек+1к 1,Як!,г, иб !л= — Еб+!б ьг о!б1,ь (4.252) нк 1.2= 11С 2.1+ нб 2,!.
Полярность напряжений ис соответствует указанной на рис. 4.59. Однако такое состояние равновесия является неустойчивым. Действительно, если ток 1ю транзистора Т! несколько увеличится (например, из-за действия флуктуации), возрастет падение наПряжЕНИя На Лк1, ЧтО ВЫЗОВЕТ ПОВЫШЕНИЕ ПОтЕНцИаЛа КОЛЛЕКтОра (точка К!); потенциалы эмиттеров транзисторов считаем нулевыми. Конденсатор Сг начнет разряжаться по цепи: Еб„ источнпк Еб, транзистор Ть Разрядный ток 1р,,„ протекает во внешней цепи конденсатора Сг в указанном на рисунке направлении. Напряжение на конденсаторе Сг мгновенно измениться не может, поэтому возрастание потенциала точки К! вызовет такое же Увеличение потенциала ибг на базе тРанзистоРа Тг. Последнее пРнвеДет к Уменьшению токов 1б, и 1„г, а также к понижению потенцнаЛа икг. Напряжение и г окажется ббльшим суммы не!+або в результате чего начнется заряд конденсатора С, током г„рь протекающим от +Ек чеРез пРомежУток эмиттеР†ба откРытого тРанзи- стора Ть конденсатор С, и резистор Я„к — Е .
В результате по нижается потенциал изь что способствует увеличению 1 ь Бели коэффициент усиления схемы К=К~Кз>1, (4.253) где К~ и Кз — коэффициенты усиления каскадов, произойдет дальнейшее увеличение тока 1ю, повышение потенциала и„ь а значит, и базы изм еще большее уменьшение тока („з, понижение потенциалов и,з н ив и т. п. В результате лавинообразного, почти мгновенного (поскольку обычно К~Кз '.ь 1) развития этого процесса схема переходит в состояние, в котором: а) транзистор Т, открыт и насыщен, в результате чего и, близко к нулю, б) транзистор Тт заперт положительным напряжением на его базе, в) конденсатор Св разряжается, а С, заряжается. Ю На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
