10.4 Lc автогенератор с автоматическим смещением

Его применение обеспечивает воз­можность работы автогенератора при первоначальном включении в режиме мягкого самовозбуждения с последую­щим автоматическим переходом в ре­жим жесткого самовозбуждения. Это­го достигают применением в автогене­раторе специальной цепи автоматического смещения. На рис. 10.5, изображена упрощенная принципиальная схема автогенератора на биполярном транзисторе, нагруз­кой которого служит колебательный контур L1C1. Напряжение положитель­ной обратной связи создается на катуш­ке L2 и подводится между базой и эмит­тером транзистора. Начальное на­пряжение смещения на базе транзисто­ра создается источником U₀. Последо­вательно с этим источником включена цепь автосмещения R1С2.

Рисунок 10.5 – Принципиальная электрическая схема LC автогенератора с автоматическим смещением.

Рисунок 10.6 – Диаграммы, поясняющие действие цепи автосмещения.

Процесс возникновения и нарастания колебаний иллюстрируется с помощью рисунка 10.6. В первый момент после включения генератора, т. е. в момент появления колебаний, рабочая точка А находится на участке максимальной крутизны вольт-амперной характери­стики транзистора. Благодаря этому колебания возникают легко в условиях мягкого режима самовозбуждения. По мере возрастания амплитуды колебаний увеличивается ток базы, постоянная со­ставляющая которого создает падение напряжения U_см на резисторе R1 (переменная составляющая этого тока проходит через конденсатор С1). Так как напряжение (U_см приложено между базой и эмиттером в отрицательной полярности, результирующее постоян­ное напряжение на базе U₀-U_см уменьшается, что вызывает смещение рабочей точки вниз по характеристике транзистора и переводит автогенератор в режим работы с малыми углами отсечки коллекторного тока. При этом токи коллектора I_к и базы I_б имеют вид последовательности импульсов, а на­пряжение на выходе U_вых, создаваемое первой гармоникой коллекторного тока, представляет собой синусоидаль­ное колебание с неизменной амплиту­дой.

Таким образом, цепь автоматичес­кого смещения R1С2 в автогенераторе выполняет роль регулятора процесса самовозбуждения и обеспечивает в пер­воначальный момент условия мягкого самовозбуждения с последующим пере­ходом в более выгодный режим с малыми углами отсечки.

11 Трехточечные lc-автогенераторы

11.1 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 контураf₀ (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.