Режим жесткого самовоз­буждения

При этом режиме напря­жение смещения задают таким, чтобы при малых амплитудах входного напряжения ток через усилительный элемент не проходил. Тогда незначи­тельные колебания, возникшие в конту­ре, не могут вызвать ток в выходной цепи, и самовозбуждение автогенератора не наступает. Колебания возни­кают только при их достаточно большой начальной амплитуде, что не всегда можно обеспечить. Процесс возникно­вения и нарастания колебаний при жестком режиме самовозбуждения иллюстрируется на рисунке 9.1, б. Видно, что при малых начальных амплитудах входного напряжения (кривая 1) ток i_вых = 0 и автоколебания не возникают. Они возникают только при достаточно большой начальной амплитуде напря­жения (кривая 2) и быстро нарастают до установившегося значения. В ста­ционарном режиме усилительный эле­мент работает с углами отсечки выход­ного тока <90°.

Для удобства эксплуатации автогене­ратора целесообразнее применять мяг­кий режим самовозбуждения, так как в этом режиме колебания возникают сразу после включения источника пи­тания. Однако при жестком режиме колебаний с углом отсечки <90° обеспечиваются более высокий КПД автогенератора и меньшие тепловые потери. Поэтому в стационарном режи­ме автогенератора более выгоден имен­но режим с малыми углами отсеч­ки выходного тока усилительного эле­мента.

41. Трёхточечные LC-автогенераторы. Обобщённая функциональная схема трёхточечного LC-автогенератора. Требования к реактивным элементам LC-контура. Функциональная схема трёхточечного LC-автогенератора с автотрансформаторной обратной связью (индуктивная трёхточка).

    Обобщенная трехточечная схема

Схемы одноконтурных автогенераторов (с трансформаторной, автотрансфор­маторной и емкостной обратной связью) и большинство других, более сложных схем, могут быть приведены к упрощен­ной, так называемой трехточечной схеме (рисунок 11.1). Такое обобщение упрощает анализ и помогает при составлении схем автогенераторов. Оно возможно благодаря общим требованиям к схемам автогенераторов, заключающимся в обязательней выполнении условий самовозбуждения (баланс фаз, баланс амплитуд).

Рисунок 11.1 – Обобщенная трехточечная схема АГ.

В обобщенной схеме колебательная система, состоящая из трех реактивных сопро­тивлений Х_кб, Х_бэ, Х_кэ (активными сопротивлениями в большинстве случаев можно пренебречь), подключена к транзистору в трех точках: к, б, э, что определило название схемы. От­дельные элементы колебательной си­стемы могут быть конденсаторами, катушками или более сложными элект­рическими цепями, например расстроен­ными параллельными контурами. Усло­вимся также, что сопротивления Х_кб, Х_бэ, Х_кэь включает в себя индуктивности соединительных проводов, междуэлект­родные емкости, емкость монтажа и т. д. Таким образом, колебательная система приводится к контуру, состоящему из трех реактивных сопротивлений, по ко­торым протекает контурный ток . В такой схеме автогенератора колеба­ния могут возбудиться на собственной частоте данного контура f₀ (точнее, на очень близкой к ней частоте), опреде­ляемой из условия резонанса, т. е.

Контурный ток создает колебательные напря­жения и , кото­рые для выполнения условия баланса фаз должны быть противофазными, что возможно только, когда реактивные сопротивления Х_бэ и Х_кэ имеют одина­ковый характер (знак). Характер третьего сопротивления Х_кб должен быть противоположным характеру первых двух сопротивлений, образующих контур, иначе резонанс в контуре будет невозможным

Правильно составленная схема автогенератора должна обеспечивать выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд на частоте, близкой к собственной частоте колебаний в контуре. Необходимый для самовозбуждения коэффициент передачи цепи обратной связи, обеспечивающий выполнение условия баланса амплитуд, определяется соотношением:

,

а при самовоз­буждении на частоте, близкой к f₀ удовлетворяется также условие

.

Коэффициент при самовоз­буждении должен быть вещественным и положительным, т. е. (Х_БЭ/Х_КЭ)>0, а это еще раз подтверждает, что реактив­ные сопротивления Х_БЭ и Х_кэ обязатель­но должны быть одного знака.

Можно составить два варианта трех­точечных схем: ндуктивную (рис. 11.2), в которой напряжение обратной связи снимается с катушки L1, и емкостную (рисунок 11.3), в которой это напряжение снимается с конденсатора С1.

Рисунок 11.2 – Индуктивная трехточка.

Рисунок 11.3 – Емкостная трехточка.

Сравнивая рисунки, убеждаемся, что генератор с автотрансформаторной обратной связью представляет собой индуктивную трехточечную схему, а генератор с емкостной обратной связью емкостную трехточечную схему.

Получение почти синусоидальных автоколебаний, несмотря на то, что контур автогенератора настроен на частоту, близкую к , и выделяет колебания основной гармоники, в выходном напряжении все же содержатся составляющие с частотами высших гармоник, приводящие к искажению формы выходных колебаний по сравнению с синусоидальной формой.

Высшие гармоники подавляют в основном за счет резонансных свойств контура выходной цепи. Известно, что чем выше добротность контура, тем острее его АЧХ и лучше фильтрация колебаний с частотами, отличающимися от резонансной. Однако получить вы­сокую добротность контура в автогенераторе, особенно транзисторном, трудно. Поэтому принимают дополнитель­ные меры к подавлению высших гар­моник. К ним относятся следующие:

подключают нагрузку к индуктивной ветви выходного контура, так как токи высших гармоник в основном проходят через емкостную ветвь, имеющую для них меньшее сопротивление;

применяют многоконтурные выход­ные цепи, в которых фильтрующие свойства одного контура дополняются и усиливаются другими контурами;

применяют двухтактные автогенера­торы, обеспечивающие эффективное по­давление гармоник;

включают дополнительные заграж­дающие фильтры (в автогенераторах, работающих на одной частоте), наст­роенные на n-ю гармонику;

применяют в выходных цепях диапа­зонных автогенераторов фильтры нижних частот, пропускающие основные коле­бания рабочего диапазона и ослабляю­щие все гармоники;

выбирают в усилительных каскадах, следующих за автогенератором, углы отсечки коллекторного (анодного) тока = 90°, так как при этом в импульсе то­ка отсутствуют высшие нечетные гар­моники.

42. Трёхточечные LC-автогенераторы. Обобщённая функциональная схема трёхточечного LC-автогенератора. Требования к реактивным элементам LC-контура. Функциональная схема трёхточечного LC-автогенератора с емкостной обратной связью (емкостная трёхточка).

    Автогенератор с емкостной обратной связью

Одна из возможных схем такого генератора представлена на рисунке 11.5. В этой схеме применен колебательный контур третьего вида L2С4С5, соединенный точками к, э, б соответственно через конденсаторы СЗ, С2 и С1 с коллекто­ром, эмиттером и базой транзистора VT1. В автогенераторе применена схема параллельного коллекторного питания, в которой источник питания, колеба­тельный контур и транзистор включены параллельно друг другу. Для ос­лабления шунтирующего действия вы­сокочастотного дросселя L1 на контур индуктивность дросселя выбирают ис­ходя из соотношения L2=(10...20)L1. Общую емкость контура составляют емкости двух конденсаторов: С4 и С5, причем С4 образует емкостную ветвь контура, а С5 и L1 — индуктивную ветвь. Так как соответствующие токи i_С и i_L в любой момент времени направлены противоположно друг дру­гу, напряжения U_кэ и U_БЭ противофазны. Следовательно, условие баланса фаз выполняется, поскольку напряже­ние , снимаемое с конден­сатора С5, является напряжением об­ратной связи, а , снимаемое с С4, - выходным напряжением генера­тора.

Рисунок 11.5 – Принципиальная электрическая схема АГ с емкостной обратной

связью.