Условия самовозбуждения автогенераторов

Для того чтобы сформулировать условия, при которых в автогенераторах возникают гармонические колебания, сравним схему простейшего автогенератора (рис. 4.48) со схемами резонансных усилителей (рис. 4.28). Из сравнения рисунков видно, что автогенератор представляет собой резонансный усилитель с обратной связью, которая обеспечивается посредством катушки связи L_св, так как последняя охвачена магнитным потоком, создаваемым катушкой индуктивности L_к колебательного контура L_кС_к. На выводах катушки связи возникает напряжение u_ос, называемое напряжением обратной связи. Это напряжение действует между электродами З и И активного элемента и, таким образом, управляет его током.

Как было отмечено выше выражение (4.48) управление током активного элемента автогенератора необходимо осуществлять таким образом, чтобы большая часть электронного потока взаимодействовала с тормозящим электрическим полем резонансной системы. Это положение может быть сформулировано в виде условий, называемых условиями самовозбуждения автогенераторов. Эти условия можно получить в самом общем виде, если представить автогенератор в виде усилителя, охваченного цепью положительной обратной связи (рис. 4.50).

Действительно, пусть на входе усилителя случайно возникло малое гармоническое напряжение с амплитудой U_вх (j w ). Если усилитель работает в линейном режиме, то комплексная амплитуда его выходного напряжения равна

(4.49)

где – комплексный коэффициент передачи усилителя. Напряжение U_вых (j w ) создает на выходе цепи обратной связи напряжение обратной связи с комплексной амплитудой

(4.50)

где – комплексный коэффициент передачи цепи обратной связи.

При положительной обратной связи напряжения U_вх (j w ) и U_ос (j w ) должны совпадать по фазе, поэтому случайно возникшие колебания будут нарастать, если будет выполняться условие

(4.51)

Подставляя в неравенство (4.51) выражения (4.49) и (4.50), получим

,

или

. (4.52)

Для выполнения (4.52) необходимо соблюдение двух условий:

(4.53)

(4.54)

которые также называются балансом амплитуд (4.53) и балансом фаз (4.54) автогенератора.

Таким образом, для возникновения колебаний в автогенераторе необходимо, чтобы фаза напряжения на выходе цепи обратной связи совпадала с фазой напряжения на входе активного элемента, а величина напряжения на выходе цепи обратной связи была несколько больше случайного напряжения, вызвавшего первоначальные колебания в резонансной системе.

Помимо рассмотренных условий самовозбуждения для нормальной работы автогенератора необходим выбор определенного исходного режима активного элемента. Исходный режим электронного прибора в автогенераторе выбирается так же, как в усилителях напряжения, работающих в режиме класса А.

Следует заметить, что колебания в автогенераторе будут иметь чисто гармонический характер только в том случае, если условия (4.53) и (4.54) выполняются только на одной частоте. Это обеспечивается применением резонансных цепей с высокой добротностью. Если же в автогенераторе использовать широкополосную колебательную систему и цепь обратной связи, то условия самовозбуждения будут выполняться на многих частотах. В этом случае колебания в автогенераторе будут иметь сложную форму.

На (рис. 4.51) изображена схема простейшего автогенератора на полевом транзисторе. В таких автогенераторах колебательный контур (L 1 C 2) выполняет две функции: задает частоту автоколебаний и служит нагрузочным элементом, с которого колебания снимаются в нагрузку.

Рассмотрим особенности работы схемы. Отметим, что в этой схеме транзистор VТ 1 с управляющим p-n переходом и каналом типа включен по схеме с общим истоком, а источник постоянного напряжения Е_п подключен по схеме последовательного питания автогенератора. Резистор R 1 и конденсатор C 3 представляют собой цепь автоматического смещения исходной рабочей точки и предназначаются для выбора исходного режима работы по постоянному току. Кроме того, конденсатор С 3 обеспечивает подключение (по переменному напряжению) вывода 2 катушки L_св к истоку транзистора.

При включении напряжения питания Е_п в контуре L 1 C 2 возникнут колебания с собственной частотой w_о. С помощью катушки связи L_св колебания из контура передаются на вход транзистора в такой фазе, которая обеспечивает условие баланса фаз (4.54). Необходимое фазирование выполняется путем соответствующего подключения выводов (1–2) катушкиобратной связи L_св. Амплитуда напряжения, подаваемого на вход транзистора, зависит от величины коэффициента взаимной индукции М( w ), который и определяет величину g _ос (w).

Путем подбора величины М (w) обеспечивается выполнение амплитудного условия самовозбуждения при любом К (w) > 1. Стационарный режим работы автогенератора U_вх (t) = const, при котором всегда , устанавливается за счет нелинейности характеристик транзистора. Так как g _ос (w) после подбора будет постоянной величиной, то баланс амплитуд будет выполняться за счет автоматического изменения К (w) = S, то есть крутизны стоко-затворной характеристики транзистора. Колебания в автогенераторе будут гармонического характера, если баланс амплитуд и баланс фаз выполняется только на одной частоте. Последнее возможно только при высокой добротности колебательного контура L 1 C 2.

Дата добавления: 2015-10-28