Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В
тизны S1 от амплитуды (Uвх):1) S1(Uвх) монотонно падает с ростом
(Uвх) (рис. 2.124, а),
2) S1(Uвх) при малых (Uвх) равна нулю, затем нарастает, проходит через максимум, затем спадает (рис. 2.124, б).
|
|
|
|
|
U вх1. |
U вх2. |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
U вх. |
||||||
a) |
|
б) |
||||
Рис. 2.124
Амплитуда напряжения (Uвх) в точках, удовлетворяющих |
||||||
уравнению автогенератора S1(Uвх)= |
1 |
, определяется пересечением |
||||
|
||||||
|
Ry |
|
|
|
|
|
зависимости средней крутизны от Umвх и линией |
1 |
. Линии |
1 |
|
||
|
|
|
||||
|
|
|
Ry |
Ry |
||
пересекают первый тип зависимостей S1(Uвх) в одной точке равновесия а, а зависимость второго типа в двух точках б и в.
На частотах до ста мегагерц применяют автогенераторы на биполярных и полевых транзисторах по схеме емкостной трехточки (рис. 2.125 а). Кроме емкостной трехточки, применяется индуктивная трехточка (рис. 2.125, б). Эквивалентные схемы емкостной и индуктивной трехточек представлены на рис. 2.126, где а) обобщенная трѐхточечная схема;б) индуктивная трѐхточечная схема; в) ѐмкостная трѐхточечная схема.
11
С4
Рис. 2.125
Условие баланса амплитуд и фаз позволяют определить ха-
|
рактер сопротивлений |
Z1 , |
Z |
2 , |
Z3 . |
|
|
|
|
|
|
Если ( |
s)<20...300, что при частотах fo<0,5fs (fs–граничная |
||||
частота транзистора) действительно выполняется, то можно считать
транзистор безынерционным элементом, и ( |
s)=0. Тогда полага- |
|
ем, что крутизна – вещественна. |
|
|
. |
. |
|
Тогда S1 |
S1 , Z y Ry . Так как колебательные системы |
|
должны обладать малыми потерями, то активные сопротивления в
|
r1 |
jx , |
|
r2 |
jx |
, |
r3 |
jx малы: |
|
|
|
||
Z1 |
1 |
Z 2 |
2 |
Z3 |
3 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
(r2 jx2)(r3 jx3) |
|
x2 |
x3 |
. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
j( x1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Z y |
r1 r2 r3 |
x2 x3) |
r |
j x |
|||||
а) |
б) |
в) |
Рис. 2.126
12
Из этого уравнения можно предположить, что X2 X3>0, так как Х=Х1+Х2+Х3, Х=0. Поэтому знаки реактивных сопротивлений Х2, Х3 должны совпадать, а сопротивление Х1 должно иметь противоположный знак.
Возможны два варианта трехточечных схем автогенерато-
ров:
а) схема индуктивной трехточки, когда X2>0, X3>0, X1<0
(рис. 2.126, б),
б) схема емкостной трехточки X2<0, X3<0 (имеют емкостный характер), а X1>0 (индуктивный характер) (рис. 2.126, в).
Важным достоинством одноконтурных трехточечных схем является единственная частота генерации, близкая к собственной частоте колебательного контура, и исключены перескоки частоты, как в многоконтурных схемах.
2.17.3. Режимы работы автогенераторов
Колебательной характеристикой называется зависимость амплитуды тока Iвых от управляющего напряжения. Для биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, это зависимость Iк1 от
управляющего напряжения на базе транзистора Iк1= |
(Uбэ). Вид |
колебательной характеристики зависит от положения рабочей точки на проходной характеристике транзистора (рис. 2.127).
Когда рабочая точка расположена на середине линейного участка проходной характеристики (А), транзистор работает колебаниями первого рода. В этом случае переменный ток iвых в выходной цепи генератора протекает на протяжении всего периода колебаний во входной цепи (рис. 2.127а).
вых
Рис. 2.127
13
Т.к. рабочая точка находится на прямолинейном участке проходной характеристики, то приращение выходного тока прямо пропорционально приращению входного напряжения в пределах линейного участка. При увеличении амплитуды входного напряжения за пределами линейного участка дальнейший рост амплитуды выходного тока уменьшается из-за нелинейности верхнего и нижнего участков проходной характеристики. Это соответствует недонапряженному режиму работы генератора. Недонапряженный режим характеризуется малым КПД. Колебательная характеристика имеет выпуклую форму (I) (рис. 2.127, б).
Если рабочая точка на проходной характеристике транзистора выбрана в области отсечки выходного тока В (режим колебаний второго рода), то колебательная характеристика начинается несколько правее нуля. По мере увеличения управляющего напряжения колебательная характеристика имеет верхний и нижний из-
гиб (II) (рис. 2.127, б).
Линия обратной связи представляет зависимость напряжения обратной связи от тока в выходной цепи транзистора (рис
2.127, в).
В зависимости от положения рабочей точки на проходной характеристике различают мягкий (рис. 2.128а) и жесткий режимы самовозбуждения автогенераторов.
Мягкий и жѐсткий режим самовозбуждения
Рис. 2.128
Мягкий режим самовозбуждения. Точка пересечения ко-
лебательной характеристики с линией обратной связи определяет
14
устойчивое состояние автогенератора. Если в выходной цепи усилительного элемента возникает ток Iвых 1, а следовательно и в колебательном контуре, этот ток образует по цепи обратной связи напряжение U1, которое создает в выходной цепи ток I2. Так колебания будут нарастать до точки А. Если же Iвых увеличится до значения I5, то по линии обратной связи ток Iвых уменьшится до значения
Iустан. это означает, что потери в контуре будут больше и напряжения на вход по цепи обратной связи будут меньше. Точка А будет
точкой устойчивого состояния. На участке, где колебательная характеристика проходит над линией обратной связи, энергия вносимая в контур больше, чем теряемая в контуре, и амплитуда колебаний увеличивается. В области, где колебательная характеристика проходит над линией обратной связи потери в контуре больше и амплитуда колебаний уменьшается.
При мягком режиме самовозбуждения происходят колебания первого рода в недонапряженном режиме, которые возникают после включения источника питания и самостоятельно нарастают.
Жесткий режим самовозбуждения. Рассмотрим режим са-
мовозбуждения, когда рабочая точка выбрана на проходной характеристике в области отсечки. Такому положению рабочей точки соответствует колебательная характеристика (рис. 2.128, б). В области I колебательная характеристика проходит под линией обратной связи. Это означает, что поступаемая энергия в контуре меньше потерь и колебания не возникают. Колебания могут нарастать только в области II, где пополнение в контур больше, чем их потери. Но для их возникновения необходимо внешнее возбуждение автогенератора напряжением амплитуды Uвозб>Uн. Самопроизвольно генератор возбудиться не может. Такой режим называется жестким режимом. Жесткий режим происходит колебаниями второго рода, когда выходной ток протекает на протяжении части периода изменения входного напряжения. Ток в выходной цепи усилительного элемента имеет форму периодической последовательности импульсов, их продолжительность зависит от значения напряжения смещения.
15