S k RK > 1,

(12.22)

Произведение S k RK называют фактором регенерации G. Для надежного самовозбуждения обычно выбирают G > (3 − 5) . Из соотношения (12.13) следует, что этому условию в стационарном режиме соответствует угол отсечки

θ =50−70°.

Автоматическое смещение в автогенераторах

В предыдущих рассуждениях возникло противоречие: с одной стороны, для самовозбуждения транзистор должен находиться в открытом состоянии, с другой – при факторе регенерации G > 2 угол отсечки коллекторного тока в стационарном режиме устанавливается меньше 90о. Смещение на базе при этом

должно быть меньше напряжения отсечки EБ′ , то есть при отсутствии колеба-

ний транзистор закрыт и самовозбуждение невозможно.

Для разрешения этого противоречия используют автоматическое смещение. В отсутствие колебаний смещение устанавливается так, чтобы транзистор был открыт. По мере увеличения амплитуды колебаний смещение должно изменяться, чтобы угол отсечки уменьшался. Автоматическое смещение на управляющем электроде активного прибора, как правило, создается за счет постоянной составляющей тока этого электрода.

Рассмотрим процессы, связанные с установлением смещения на базе транзистора в схеме рис. 12.8.

Стационарный режим автогенератора устанавливается не мгновенно, а только по окончании переходных процессов в колебательном контуре и в цепи автосмещения.

I

Рис. 12.8

Самовозбуждению предшествует «режим покоя» – режим, при котором токи и напряжения во всех цепях автогенератора постоянны. Если фактор регенерации G достаточно велик, то автогенератор самовозбудится.

Найдем напряжение смещения на базе транзистора [5] для схемы рис.12.8,а в «режиме покоя» – ЕБП. Здесь справедливы следующие соотношения:

ЕБП = ЕК – I1 R1; I1 = I2 + IБ0; I2 = EБП / R2; (12.23) где ЕК – напряжение коллекторного питания,

79

IБ0 – постоянная составляющая базового тока.

Определим из соотношений (12.23) величину смещения на базе в режиме, предшествующему возникновению автоколебаний [5]:

	EБП = EK			R2	−		R1 R2		IБ0 ;	(12.24)
			R1+ R2				R1+ R2
	Обозначим: EХХ = EK	R2		; RВН =			R1 R2		;
		R1+ R2					R1+ R2
	Теперь уравнение (12.17) запишется в виде:
		EБП =		EXX − RВН IБ0 ;						(12.25)

Эквивалентная схема цепи смещения биполярного транзистора в соответствии с (12.25) изображена на рис. 12.8,б). Если параметры делителя R1,R2 та-

ковы, что EXX больше, чем напряжение отсечки EБ′ , то транзистор в режиме по-

коя будет открыт и автогенератор самовозбудится.

Действительно, если колебаний нет, ток базы зависит только от смещения и

равен:

IБ0 =

SБ (EБ −

ЕБ′ ) ;

Смещение в режиме покоя:

Е

R

S

Е

′

Е

= E

− R S

(Е

− Е′ ) =

ХХ

Б

БП

XX

Б

БП

+

ВН

Б

;

(12.26)

1+ R

S

1

ВН

Б

Б

+ R S

Б

ВН

ВН

Легко показать, что ЕБП в (12.26) получается больше EБ′ , но меньше ЕХХ, то

есть транзистор открыт и автогенератор возбуждается. Положение точки покоя показано на рис.12.9.

	После самовозбуждения автогенератора амплитуда
	автоколебаний нарастает от нуля до стационарного
	значения UБ СТАЦ. Смещение на базе становится более
	отрицательным в сравнении с ЕБП:
	ЕБ = ЕНАЧ – RВН SБ UБ γ0(θ);
	Угол отсечки коллекторного и базового тока θ
	определяется величиной фактора регенерации G.
Рис. 12.9	Рис. 12.10 иллюстрирует динамику самовозбужде-
	ния автогенератора с автосмещением.

80

Рис. 12.10

Выбор транзистора для автогенераторов

Роль возбудителей радиопередатчиков выполняют маломощные автогенераторы, выходная мощность которых не превышает величины (1 – 2) мВт. Основное требование к этим автогенераторам – высокая стабильность генерируемой частоты.

Нагрузкой автогенератора является входное сопротивление последующей ступени передатчика, куда передается только часть генерируемой автогенератором мощности Р1. Для уменьшения реакции последующих каскадов на частоту автоколебаний автогенератор слабо связывается с нагрузкой, то есть в нагрузку передается малая доля генерируемой мощности.

Введем понятие КПД колебательного контура как отношение мощности в нагрузке РН к мощности Р1.

ηК =	РH =	Р1 − РКОНТ ≈ 1−	РКОНТ	= 1−	QН	,	(12.20)
	Р1	Р1	Р1		QХХ

где QН, QХХ – нагруженная и ненагруженная (холостая) добротность контура автогенератора; PКОНТ – мощность, теряемая в контуре автогенератора.

Cтабильность частоты автогенератора тем лучше, чем выше добротность контура. Следовательно, целесообразно сделать нагруженную добротность как

можно больше QH ≈ (0,8 − 0,9)QXX . Это соответствует ηК = 0,2 − 0,1.

81

При таком выборе КПД контура транзистор должен отдать мощность поряд-

ка

Р1 = РH = (5 − 10) мВт. ηK

Так как для маломощных транзисторов номинальное значение мощности Р1 обычно не приводится, можно рекомендовать выбор транзистора по мощности, рассеиваемой на коллекторе. Для обеспечения легкого теплового режима авто-

генератора необходимо выполнить неравенство РS ДОП > > Р1 ,

где РS ДОП – справочная величина допустимой мощности, рассеиваемой на коллекторе транзистора.

Расчет автогенератора состоит из расчета электрического режима транзистора и расчета колебательной системы.

Расчет электрического режима автогенератора

Известны: частота генерации – fГЕН и мощность в нагрузке РН. Выбираем «безынерционный» транзистор из условия:

fГЕН < fβ; fβ = fТ/β0;

Для надежного самовозбуждения фактор регенерации G выбираем равным 3 – 5.

Определяем γ1(θ) = 1/G и из таблицы 6.1 находим угол отсечки θ, сosθ, α1(θ),

g1(θ).

Задаемся электронным КПД η = 0,33 – 0,5 (чтобы обеспечить недонапряженный режим транзистора). При этом P1 = (0,33 – 0,5)P0 = (5–10) мВт. Постоянную составляющую тока коллектора выбирают IК0 = (2 – 5) мА.

Далее рассчитывают:

P0 = P1/η;

EК = P0/IК0;

IК1 = IК0 α1(θ)/α0(θ);

UК = 2P1/IК1;

RК = UК/IК1;

1/S = (re + rБ/β0); re = 0,026/IК0;

rБ = τК/CКа; CКа = (0,3 – 0,5)СК; k = G/SRК;

UБ = k UК.

При налаживании схемы часто приходится увеличивать k по сравнению с расчетным значением. Это связано с тем, что транзисторы имеют значительный разброс по величине β0 и добротность контура фактически может быть меньше принятой в расчете.

Расчет колебательной системы

На рис. 12.11 изображены варианты трехточечных схем автогенераторов и их контуров.

82

Рис. 12.11

Для получения максимальной добротности контура рекомендуют выбирать его характеристическое сопротивление ρ = (100 – 300) Ом. Это соотношение позволяет определить индуктивность L3 контура для автогенератора, выполненного по схеме емкостной трехточки, либо емкость С3 – для индуктивной трехточки.

Для емкостной трехточки (рис. 12.11, а, б): L3 = ρ/ω и СОБЩ = 1/ωρ;

СОБЩ

p =

R

К

=

,

ρQ

С1

откуда С1 = СОБЩ / р ;

Н

1

=

1

+

1

+

1

;

k =

С1

; С2 = С1/ k;

СОБЩ

С1

С2

С3

С2

1

=

1

−

1+ k .

С3

СОБЩ

С1

Для расчета цепи подключения нагрузки необходимо найти значение КПД контура, которое определяется соотношением между сопротивлениями ненагруженного контура RХХ=ρQХХ и пересчитанного сопротивления RВН (рис. 12.12,б), ηК=RХХ/(RХХ+RВН).

Рис. 12.12

83