Влияние выбора местоположения рабочей точки

и порога регенерации на условие самовозбуждения

и режим работы автогенератора

Выбор исходной рабочей точки активного элемента АГ определяется заданными напряжениями источников питания и прежде всего напряжением смещения. Она может выбираться в активной области транзистора (рис.10, а), в области отсечки (рис.10, в), а также на границе этих областей (рис.10, б). Характер изменения средней крутизны транзистора при увеличении амплитуды напряжения на управляющем электроде будет разным для каждого из перечисленных случаев. При кусочно-линейной аппроксимации статических характеристик транзистора, при которой крутизна проходной характеристики в активной области постоянна, а в областях отсечки и перераспределения токов равна нулю, поведение полностью определяется характером изменения функции . Если транзистор работает в недонапряженном режиме, функция выражается известным соотношением . На рис.11, а, б, в показан характер изменения при увеличении относительной амплитуды напряжения на управляющем электроде активного элемента от нуля до единицы, где - амплитуда напряжения на управляющем электроде в критическом режиме.

При выборе транзистор на начальном этапе работает в линейном режиме без отсечки по коллекторному току, значение функции при этом не меняется и остается равным единице (рис.11, а). Однако по мере роста режим работы транзистора становится нелинейным. Появляется отсечка по коллекторному току, в результате чего изменяется от 180° в сторону меньших значений, стремясь к 90°. Функция соответственно уменьшается от 1 к 0,5.

При выборе (рис.10, б) транзистор работает в классе В. Угол отсечки по коллекторному току остается неизменным и равным 90° при любых значениях напряжения . Функция не меняется и численно равна 0,5 (рис.11, б).

При выборе транзистор работает в классе С. По мере роста угол отсечки коллекторного тока меняется от 0 до 90°. Функция увеличивается при этом от 0 до 0,5 (рис.11, в).

а б в

Рис.10. Выбор исходных смещения и местоположения рабочей точки в транзисторном АГ:

а) – в активной области ; б) – в точке перегиба ; в) – в области отсечки .

а б в

Рис.11. Графики зависимости функции от относительной амплитуды напряжения на входе транзистора:

а) – при выборе ; б)– при выборе ;

в) – при выборе .

В области перенапряженного режима работы транзистора, когда в импульсах коллекторного тока появляется провал, вес первой гармоники существенно снижается, что эквивалентно уменьшению средней крутизны. Поэтому на графиках при и любом выборе смещения функция имеет падающий характер, уменьшаясь от уровня близкого или равного 0,5 до нуля.

Условия самовозбуждения (25) и нарастания колебаний (26) в АГ, напряженность работы транзистора в установившемся режиме зависят от выбора порога регенерации и местоположения рабочей точки. Это демонстрируется графиками рис.12 и 13, на которых порог регенерации нанесен в виде прямых, параллельных оси абсцисс. Такое представление порога регенерации справедливо в идеальном случае, когда , , транзистора равны нулю или не меняются с ростом амплитуды колебаний. Фактически проводимости транзистора с ростом амплитуды колебаний увеличиваются, вызывая изменение коэффициента обратной связи и эквивалентного сопротивления контура АГ, т.е. величины , в результате чего порог регенерации тоже меняется.

На пороге регенерации [0,5; 1] (рис.12, а, б, в), что соответствует выбору параметра регенерации [1, 2], условия самовозбуждения и нарастания колебаний в АГ выполняются только при (рис.12, а). Установившемуся режиму АГ соответствует точка В, которая является точкой устойчивого равновесия. Режим работы транзистора АГ получается недонапряженным. Амплитуда колебаний при плавном изменении меняется плавно от нуля до критического значения (рис.14, а).

При пороге регенерации < 0,5 (рис.13, а, б, в), что соответствует выбору параметра регенерации > 2, условия самовозбуждения и нарастания колебаний в АГ выполняются при (рис.13, а) и (рис.13, б). Установившемуся режиму АГ соответствует точка В, которая является точкой устойчивого равновесия. Режим работы транзистора АГ получается перенапряженным. Амплитуда колебаний при увеличивается скачком от 0 до , как только параметр регенерации достигает двух и при дальнейшем увеличении меняется незначительно (рис.14, б).

Остановимся несколько подробнее на случае выбора . В АГ такое смещение используется весьма редко. Чаще оно встречается в генераторах с внешним возбуждением.

а б в

Рис.12. Графическое представление условий самовозбуждения и нарастания колебаний в АГ при > 0.5: а) - при ; б) – при ; в) – при

а б в

Рис.13. Графическое представление условий самовозбуждения и нарастания колебаний в АГ при < 0.5: а) - при ; б) – при ; в) – при

а б в

Рис.14. Графики зависимостей амплитуды входного напряжения АГ в установившемся режиме от : а) - при ; б) – при ; в) – при

Наличие конечных проводимостей транзистора, паразитных связей, нерациональное схемотехническое выполнение ГВВ могут привести к появлению положительной обратной связи с достаточно низким порогом регенерации (рис.13, в). В этом случае функция пересекает порог регенерации в двух точках: С и В. В интервале изменения выполняется условие (20) нарастания автоколебаний. По условию (30) точка C является точкой неустойчивого равновесия, а точка B – точкой устойчивого равновесия. Сущность явления, происходящего в ГВВ с низким порогом регенерации, заключается в следующем. Пока амплитуда напряжения, действующая на базе транзистора, мала и не превышает величины , генератор устойчив, самовозбуждение в нем не происходит. При превышении амплитудой напряжения, действующей на базе, величины устойчивость ГВВ нарушается, в нем развивается автоколебательный процесс, который заканчивается установившемся автоколебательным режимом, соответствующим точке В. Устранение внешнего возбуждающего воздействия на ГВВ не срывает автоколебательный режим ГВВ. Для устранения автоколебательного режима ГВВ необходимо поднять порог регенерации за счет уменьшения путем переработки схемы, устранения паразитных связей и т.д.

Как видно из рис.13, в, автоколебательный режим ГВВ при всегда соответствует перенапряженному режиму, что является опасным из-за возможности превышения мгновенным напряжением предельно допустимого для транзистора значения.

Обобщая все сказанное, можно сделать следующее заключение. В области недонапряженного режима и в критическом режиме могут работать лишь те АГ, у которых ]1; 0,5] ( ]1, 2]) и смещение на базе удовлетворяет неравенству .

При и ‹ 0.5 АГ самостоятельно возбудиться не может. Для его возбуждения требуется внешний толчек. После самовозбуждения такого АГ режим работы его будет перенапряженным.

При выборе порога регенерации >1 условие самовозбуждения в АГ никогда не выполняется и АГ можно рассматривать как регенерированный усилитель.

Дата добавления: 2015-07-24