Задающие автогенераторы. Обобщенная схема автогенератора

Автогенератором называют активную электрическую цепь, в которой самостоятельно возникают автоколебания. Автогенераторы или сокращенно генераторы относятся к цепям с обратной связью. По виду колебаний генераторы делятся на генераторы гармонических и негармонических колебаний; по типу обратной связи (ОС) — генераторы с внешней и внутренней ОС; по типу активных элементов — ламповые, транзисторные, на туннельных диодах, операционных усилителях (ОУ) и т.д.; по типу пассивных элементов — LC- и Л’С-генераторы. Существуют и другие признаки классификации — по схемному принципу, по мощности, по используемому диапазону волн, по типу передаваемых сигналов, назначению и т.д. Некоторые из этих признаков будут рассмотрены ниже.

Несмотря на многообразие задающих генераторов, все их можно представить в виде некоторой обобщенной функциональной схемы, изображенной на рис. 6.2, которая включает в себя активную цепь с комплексной передаточной функцией (КПФ) Ж/w) и цепь обратной связи с КПФ #ос(/'ш) обратной связи.

Рис. 6.2

Комплексная передаточная функция Я0(/ю) подобной цепи с ОС равна

где |#(/'со)Яос(/'со)| — петлевое усиление; |#(/со)|; |#ос(/со)| — амплитудно- частотные характеристики (АЧХ); ср(со), (рос(ю) — фазочастотные характеристики (ФЧХ) цепей прямой и обратной связи.

Как следует из (6.1), необходимым и достаточным условием возникновения колебаний на некоторой частоте со0 является выполнение следующих условий:

которые называют условием баланса амплитуд и фаз соответственно.

С физической точки зрения баланс амплитуд означает, что при |//(/ш) Яос(/со)| > 1 с увеличением петлевого усиления вели чина амплитуды колебаний возрастает. Однако вследствие нелинейности вольт-амперной характеристики (ВАХ) активного элемента с ростом амплитуды это усиление замедляется, и при выполнении условия равенства в (6.2) колебания приближаются к стационарному режиму. Условие (6.3) означает, что для обеспечения положительной обратной связи (ПОС), необходимой для режима самовозбуждения генератора, фазы напряжений на входе и выходе активного элемента должны совпадать.

Рис. 6.3

Обычно автогенератор гармонических колебаний содержит нелинейный резонансный усилитель (НРУ), состоящий из активного элемента и колебательной системы (контур) и цепи ПОС (рис. 6.3).

/.С-генераторы. На рис. 6.4 приведена широко используемая схема LC-гене- ратора с внешней индуктивной ОС. Процесс генерации колебаний в этой схеме описывается нелинейным дифференциальным уравнением [28, 31]

где S(uoc) = dik / duoc — дифференциальная крутизна ВАХ транзистора. При работе в линейном режиме S(uk) = S = const, и уравнение (6.4) упрощается:

называют эквивалентным коэффициентом затухания контура; со0 = 1 / л/LC — резонансная частота контура. Решение (6.5) имеет известный вид

где

где А, 0 — постоянные интегрирования, определяют амплитуду и фазу колебаний генератора, которые находятся из начальных условий; сос = - а] —

частота генерируемых колебаний.

Баланс фаз в данной схеме обеспечивается за счет соответствующих величин катушек Loc, а баланс амплитуд — выбором взаимной индуктивности М Очевидно, что для возникновения колебаний необходимо выполнение условия сц < О, откуда с учетом (6.6) получаем условие самовозбуждения генератора:

Рис 6.4

где Мкр — критическое значение индуктивности, при превышении которого в цепи возникают автоколебания.

Условие (6.8) можно было получить и непосредственно из условия баланса амплитуд (6.2), если воспользоваться эквивалентной схемой замещения транзистора (рис. 6.5).

Из схемы следует, что при Я, >> zk получим откуда следует баланс амплитуд

Для обеспечения мягкого режима самовозбуждения цепи (рабочая точка б на линейной части ВАХ) и перехода к жесткому, более эффективному режиму (точка а на ВАХ) при установлении стационарных колебаний в цепь ОС вводят обычно цепочки автоматического смещения RBCB (рис. 6.6).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >