Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КОУ, Л.30 . АВТОГЕНЕРАТОРЫ
Вопросы лекции:
30.1. Принцип действия автогенераторов (АГ).
30.2. Режимы работы и возбуждения АГ.
30.3. Схемы автогенераторов.
30.3.1. LC –автогенераторы.
30.3.2. RC – автогенератор.
Устройство, генерирующее автоколебания называется автогенератором. Автогенераторы могут быть гармоническими (синусоидальными) или импульсными (релаксационными), на ВЧ АГ строят по схемам LC – генераторов, на НЧ по схемам RC – генераторов.
30.1. Принцип действия автогенераторов.
Обротимся к схеме рис 30.1а. Схема эта представляет собою резонансный усилитель, охваченный индуктивной (трансформаторной) обратной связью. Использован ПТ с p-n переходом и каналом n - типа, стокозатворная ВАХ которого покозана на рис 30.1б.
Рис. 30.1 Автогенератор с трансформаторной связью (а), стокозатворная ВАХ
транзистора (б).
Для того, чтобы данный резонансный усилитель стал АГ необходимо выполнение двух условий
Возможны два режима возбуждения АГ мягкий и жесткий.
В мягком режиме исходное положение рабочей точки (определяемое напряжением Есм) соответствует режиму линейного усиления (точка А).
В жестком режиме исходное положение рабочей точки выбирается при
(точка В или С).
При возбуждении колебаний наблюдается переходной процесс, связанный с возникновением и ростом амплитуды колебаний на выходе, - режим самовозбуждения генератора. Данный процесс переходит в установившийся, называемый стационарным режимом работы АГ.
30.2 Режимы работы и возбуждения АГ
Рассмотрим режим мягкого самовозбуждения АГ.
Исходное положение рабочей точки (А) обеспечивает значительное усиление подаваемого на затвор ПТ сигнала.
Напряжение на затворе (или на конденсаторе С) образуется в первый момент включения источника питания. Толчок напряжения питания возбуждает в контуре колебания с собственной частотой контура.
Согласно 2-му закону Кирхгофа запишем дифференциальное уравнение
(30.1)
где , далее:
(30.2)
Знак в правой части зависит от включения катушки связи (Lсв.), т. е. от того положительная ОС или отрицательная. Для малого сигнала считаем , где - постоянная составляющая, несущественная для анализа. Считаем далее .
Перепишем (30.2) с учетом , разделив все члены на LC:
(30.3)
( отметим, что согласно формуле Томпсона , где - частота собственных колебаний контура).
Введем параметр
(30.4)
Запишем (30.3) с учетом (30.4):
(30.5)
(30.5) описывает гармонические колебания с экспоненциально нарастающей во времени амплитудой (уравнение Вандерполя).
Решением этого уравнения будет
(30.6)
где А и В – постоянные, зависящие от начальных условий.
Практически всегда , поэтому частота колебаний близка к .
График, построенный по (30.6) показан на рис 30.2(б).
Возникновение колебаний в АГ происходит при включении питания. Скачек напряжения при разложении в ряд Фурье дает широкий спектр из которого выделяется контуром напряжение резонансной частоты (рис. 30.2а).
а) б)
Рис. 30.2. а) – скачок напряжения и его спектр, б) – зависимость u(t) при
самовозбуждении АГ.
Выходное напряжение нарастает до определенного уровня, т. к. указанная система – нелинейная. Ограничения амплитуды обусловлены величиной Еп, внутренним сопротивлением транзистора, потерями в контуре, Е отс.
На некотором этапе рост напряжения прекращается и наступает установившийся – стационарный режим работы АГ. Переход от режима самовозбуждения к стационарному режиму показывает колебательная характеристика АГ (зависимость выходного тока 1-й гармоники от напряжения на выходе (затворе) АГ) (рис 30.3).
Рис. 30.3. Колебательные характеристики АГ:
1 – для мягкого режима самовозбуждения,
2 – для жесткого режима самовозбуждения.
В режиме жесткого самовозбуждения колебательная характеристика (2) и линия ОС для Кос > Кос кр. имеют три общие точки «О», «А» и «В». Колебания возникают, когда амплитуда входного напряжения становится больше Um вх А. Достигается устойчивый колебательный режим (точка «В») с Umax.
30.2. Схемы автогенераторов.
30.3.1. LC –автогенераторы.
LC – автогенераторы очень часто собирают по схемам емкостной и индуктивной трехточки (рис30.4). Частота АГ может стабилизироваться кварцевым резонатором (рис 30.4а).
а) б)
Рис 30.4. Схемы АГ а – емкостная трехточка с кварцевой стабилизацией (сх.
с ОБ)
б – индуктивная трехточка (сх. с ОК).
По мере нарастания колебаний рабочая точка смещается ближе к Еотс (жесткий режим), что позволяет повысить амплитуду и возбуждать АГ на гармониках частоты кварца. Смещение положения рабочей точки происходит в
КОУ, Л.30, стр.5
схеме рис 11.4а за счет цепи Rэ, Cэ при заряде Cэ напряжением с полярностью, показанной на схеме. Дополнительный заряд Cэ определяется постоянной составляющей импульсов тока. На конденсаторе Сб (рис 30.4б) также появляется напряжение смещения и цепь Сб, Rвх может являться цепью смещения в АГ.
30.3.2. RC – автогенератор.
RC – автогенераторы могут быть построены на основе операционных усилителей с фазовращающей - цепью (рис 30.5).
а) б)
Рис 30.5. RC – автогенератор с мостом Вина (а), включение ОУ в схему (б)
При и
; (30.7)
При наличии ОС с коэффициентом:
;
;
При достаточно глубокой ОС:
(30.8)
Или
(30.9)
Баланс фаз соблюдается при равенстве нулю коэффициента при мнимой части, т. е.
(30.10)
(30.11)
Для данной схемы, при соблюдении условия (30.10) оказывается, что минимально необходимый коэффициент усиления К= 3.
Нельзя сделать К » 3, т. к. это приведет к искажению формы сигнала (релаксационные колебания).
Обеспечение достигается цепочкой ООС на R3, R4. Стабилизация амплитуды достигается температурно-зависимым резистором R3 с отрицательным TKR.
Литература: С. И. Баскаков. РТ цепи и сигналы: Учебник. – М.: ВШ.,
1983, стр. 439…446.
Итоги занятия: