Индуктивная трехточка

Рис.12.5

На рис.12.5 изображена схема индуктивной трехточки на электронной лампе с заземленным по высокой частоте анодом. Индуктивности L1 и L2 с конденсатором С3 определяют частоту автоколебаний, RC – сопротивление автосмещения.

Коэффициент обратной связи в этой схеме: k =

L2

L1

;

ωL1

Сопротивление анодной нагрузки: R =

=

p2ρQ;

а

r

L1

1

где р =

=

;

L1

+ L2

1

+ k

Характеристическое сопротивление контура:

ρ =

1

= ω0 (L1+ L2) =

(L1+ L2)

.

ω0 × C3

C3

Условие самовозбуждения автогенератора

Для того, чтобы автогенератор самовозбудился, недостаточно правильно составить схему автогенератора. Необходимо выбрать его параметры, такие как коэффициент обратной связи, сопротивление нагрузки и режим активного прибора так, чтобы выполнить условие самовозбуждения.

В стационарном режиме мощность, генерируемая транзистором, полностью теряется в нагрузке автогенератора. Если эта мощность больше мощности потерь, то амплитуда автоколебаний увеличивается. В противном случае амплитуда автоколебаний уменьшается. Уравнение баланса мощностей в стационарном режиме можно записать так:

Р1 = РК + РБ1,

(12.17)

где P1 – мощность, генерируемая активным прибором: P1 = 0,5 IК1UК, PК – мощность потерь в контуре: РК = 0,5UК2/RК,

РБ1 – мощность, затраченная в цепи базы: РБ1 = 0,5UБIБ1.

76

Мощностью РБ1 в недонапряженном режиме можно пренебречь, тогда после подстановки значений мощностей в уравнение (12.17) условие стационарного режима принимает вид:

IК1 = UК/RК.

(12.18)

Выразим UК через UБ: UК = UБ/k и уравнение стационарного режима запи-

шем так:
IК1 = UБ /kRК.	(12.19)

Последнее соотношение характеризует работу цепи обратной связи автоге-

нератора. Оно определяет напряжение во входной цепи автогенератора UБ, наведенное током IК1 через цепь обратной связи в стационарном режиме.

Выражение (12.19) – это уравнение прямой линии IК1(UБ) на рис.12.6, которая носит наименование «прямой обратной связи».

Возможно иное решение для стационарного режима. По окончании переходных процессов, связанных с установлением амплитуды и частоты автоколебаний ток первой гармоники в коллекторной цепи и амплитуда входного напря-

жения связаны уравнением:
IК1(UБ ) = UБS1 (UБ ),	(12.20)

Графическое решение двух последних соотношений представлено на рис. 12.6. Полагается, что смещение на базе транзистора неизменно.

На этом рисунке изображены графики IК1(UБ), построенные для двух вариантов выбора смещения на базе: ЕБ > EБ′ и ЕБ < EБ′ .

Если ЕБ > EБ′ , крутизна S1(UБ) с ростом

амплитуды UБ падает в первую очередь изза уменьшения угла отсечки, затем из-за возникновения перенапряженного режима. На рис. 12.6 эти явления выражаются в уменьшении крутизны зависимости IК1(UБ), называемой также колебательной характеристикой.

Если ЕБ < EБ′ , то крутизна колебатель-

ной характеристики при малых значениях UБ равна нулю, так как транзистор заперт. Дальнейшее увеличение амплитуды приво-

Рис. 12.6 дит к открыванию транзистора, крутизна колебательной характеристики растет. После перехода автогенератора в перенапряженный режим крутизна колебательной характеристики уменьшаться. Колебательная характеристика (рис. 12.6) приобретает S-образный вид.

На этом же рисунке изображены две «прямых обратной связи» (прямые 1 и 2), соответствующие двум разным значениям параметра kRК.

Пусть прямая обратной связи соответствует варианту 2. Тогда при малых значениях амплитуды напряжения на базе UБ1 энергетический баланс в автоге-

нераторе будет положительным. Ток IK′ 1 при напряжении на базе UБ′ находим с

помощью колебательной характеристики. Этому значению тока соответствует значение мощности, поступающей в контур от транзистора

77

Р =	0,5(I ′ 2 )R	К	.	(12.21)
1	К1

Вместе с тем, чтобы получить на базе амплитуду UБ′ на вход автогенератора достаточно подать ток величиной IК′′1 (определяется с помощью прямой обратной связи на рис. 12.6).

Так как IК′′1 < IK′ 1 , то энергетический баланс в автогенераторе положителен: в контур от транзистора поступает мощность большая, чем необходимая для создания на базе амплитуды UБ′ . Это означает, что в описанной ситуации ам-

плитуда колебаний в автогенераторе будет нарастать. Процесс нарастания будет продолжаться до амплитуды UБ СТАЦ, определяемой точкой пересечения колебательной характеристики и прямой обратной связи (точка А). Используя аналогичные рассуждения, легко доказать, что точка А является устойчивой стационарной точкой, то есть при любых случайных отклонениях от этой точки процесс возвращается к ней же. В целом для любой точки, которая описывает состояние автогенератора, если она находится под колебательной характеристикой, энергетический баланс положителен. Соответственно, если эта точка находится выше (или левее) колебательной характеристики – энергетический баланс отрицателен.

	При включении автогенератора вследствие
	шумовых флуктуаций коллекторного тока
	транзистора на контуре выделяется (рис. 12.7)
	квазигармоническое напряжение с малой ам-
	плитудой UБ НАЧ, которое вызывает соответ-
	ствующее ему значение тока транзистора IК1.
	Амплитуда колебаний нарастает до стационар-
	ного значения. Составленная из отрезков пря-
	мых ломаная линия на рис. 12.7 показывает
	лишь направление процесса нарастания коле-
	баний, но не его динамику. Такой режим воз-
Рис. 12.7	никновения колебаний иногда называют режи-
	мом мягкого самовозбуждения.

Если ЕБ < EБ′ , колебательная характеристи-

ка имеет S – образный вид (рис. 12.6), и прямая обратной связи пересекает ее в двух точках B и C. Точка В является точкой устойчивого, а точка С – неустойчивого рав-

новесия. В отличие от предыдущего случая, колебания сами не возникают. Для возникновения колебаний необходимо подать на базу напряжение с амплитудой большей, чем напряжение, соответствующее точке С.

Таким образом, для того чтобы обеспечить самовозбуждение автогенератора, необходимо, чтобы крутизна колебательной характеристики (рис. 12.7) в начале координат была больше крутизны прямой обратной связи. Крутизна колебательной характеристики в начале системы координат равна крутизне проход-

ной характеристики транзистора S, а крутизна прямой обратной связи - 1 / k Rк. Откуда условие самовозбуждения:

78