Методические указания к лабораторным работам Электронное издание сетевого и локального распространения Саратов 2021

5. ИССЛЕДОВАНИЕ RC-АВТОГЕНЕРАТОРА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ


5.1 ВВЕДЕНИЕ

В активных радиотехнических цепях генерируются колебательные процессы в отсутствие внешнего периодического воздействия. Такие цепи называются автоколебательными системами или автогенераторами. Принцип работы автогенераторов основан на преобразовании энергии источника питания активным управляющим элементом, например тран- зистором, в энергию гармонических колебаний. Сигнал, управляющий транзистором, снимается с выхода колебательной системы и через цепь обратной связи подается на входной электрод транзистора. Если обратная связь положительная, то сигнал с нее по фазе совпадает с входным сигналом и усиливает его. При отрицательной обратной связи сигналы от колебательной системы и цепи обратной связи будут в противофазе, что несколько уменьшает исходный сигнал и способствует более стабильной работе усилителя. Определенный выбор параметров активного элемента и параметров цепи положительной обратной связи приводит к нестабильности системы и она. становится неустойчивой.

Значение частоты, на которой будет происходить генерация гармонических колебаний, зависит главным образом от значений параметров L,C.R колебательной системы и цепи обратной связи. В любой радиотехнической цепи возникают колебания малой амплитуды широкого спектра частот, вызванные различными причинами и можно создать условия, когда колебание на определенной частоте получит преимущество в подпитке энергией источника питания и амплитуды любых малых флюктуаций, вызванных тепловыми шумами или нестабильностью источника питания, значительно возрастают. С ростом амплитуды колебаний на процесс нарастания колебаний оказывает значительное влияние нелинейность активного управляющего элемента, что приводит к установившемуся (стационарному) значению амплитуды колебаний. Такой режим работы автоколебательной системы называется стационарным.
При анализе и расчете автогенераторов решают две основные задачи:

1. 
   определяют условия, при которых автоколебательная система с обратной связью становится неустойчивой;
   
2. 
   вычисляют амплитуду и частоту автоколебаний в стационарном режиме.
   

При малых амплитудах колебаний нелинейный управляющий элемент можно заменить линейным четырехполюсником и решение первой задачи определить можно достаточно легко. Исследование системы с обратной связью в нелинейном режиме основано на решении нелинейного дифференциального уравнения, которое не допускает аналитического решения. Поэтому, вторая задача значительно сложнее первой.
Самовозбуждение автоколебательных систем возможно в схемах,

содержащих LCR-контур и индуктивность
L_св в цепи обратной связи,

связанной с колебательным контуром трансформаторной связью. Наиболее часто вместо генераторов с трансформаторной связью используют автогенераторы-трехточки, в которых напряжение обратной связи снимается с части колебательного контура. Резистор R в цепи автогенератора определяет все виды потерь: неидеальность реактивных элементов, конечное выходное сопротивление транзистора и влияние внешних цепей.
На частотах порядка нескольких десятков килогерц применение резонансных LC- контуров представляет значительные трудности, которые связаны с большими габаритами индуктивных элементов. Поэтому на указанных частотах используют RC- автогенераторы, которые представляют комбинацию активных четырехполюсников и пассивных элементов RC, применяемых в цепи обратной связи.
Выделение колебания нужной частоты здесь основано на том, что

условия баланса амплитуд
К^К^ _ОС  1
и фаз
_K  _OC„  2n
в ряде случаев

могут выполнять только на одной частоте, причем одновременно.
Рассмотрим вариант такой системы (см. рис.) содержащей усилитель К с
коэффициентом передачи К^ и цепь обратной связи с коэффициентом передачи К^ _ос . Применим условия
баланса амплитуд и фаз
предполагая, что К^  Кe ^j

и определим