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

.Условия существования стационарного режима колебаний в транзисторном автогенераторе

Учитывая (6) условие существования стационарного режима колеба-

ний
 

запишем в виде
^ k ^{  } a

  

где

 ₁


^Z k ^
 k
^S 1 ^{ K} OC ^{ Z} k ^{ 1 , (7)}
– сопротивление колебательного контура в точке под-

ключения выходных электродов АЭ.
Сомножители в (7) могут быть представлены в показательной форме:


^S 1 ^{ S}₁

• 
  e ^jS ,
  


^K OC ^{ K} _OC

• 
  e ^jOC ,
  


^Z k ^{ Z}_k
 e ^{j K} . (8)

В этом случае уравнение (7) эквивалентно двум уравнениям: уравнению баланса амплитуд
S₁  K _OC  Z_k  1
и уравнению баланса фаз
(9)

где m=1,2,3…

 _S  _OC   _k    (2  m  1) , (10)

Для увеличения стабильности частоты надо применять такие режи-

^{мы работы АЭ, при которых мнимая часть выходной проводимости } a

равна 0. При этом генерация происходит на частоте резонатора, когда

 _k  0
и выражение (10) упрощается:  _S
 _OC   (2  m  1) .

Наиболее просто этот баланс фаз достигается, когда
i_k (t)
и u_у(t) син-

фазные, то есть  _S  0 . Это можно осуществить, применив цепь коррекции.


Напряжения u_у(t) и u_а(t) противофазные _OC   . Тогда
^ a ^{ G}_a ^,
B_a  0 , где

G_a  S₁  K _{OC .} (11)

2. .Условие устойчивости стационарного режима в автогенераторе

Условие устойчивости стационарного режима автогенератора обес- печивается, исходя из общей теории автогенераторов, выполнением усло- вия [13]

d G_a1 dU _a1

• 
  dB_k d
  

 0 , (12)

где G_а1 – действительная часть выходной проводимости активного
элемента,
B_к – мнимая часть проводимости резонатора.

3. Условия самовозбуждения транзисторного автогенератора

Представим условия самовозбуждения автогенератора [13]

G₀  0 ,
G₀  G_k
(13)

в форме, удобной для анализа транзисторных автогенераторов. Так

как
G₀  G_a
при малых амплитудах, то

G  K

• 
  lim
  

^ k1 _{ K}

• 
  di_k
  

, (14)

0 OC
^U y1
0 _{U y1}
OC _du

y
G₀  S  K_OC , (15)

где
_{S } di_k
du _y
– крутизна переходной характеристики АЭ.

Так как S > 0, то условие
G₀  0
выполняется при правильном выборе

фазы коэффициента обратной связи, то есть положительной обратной связи (ПОС).
_OC   . Что имеет место при

Условие
G₀  G_k
принимает вид
S  K_OC

 G_k . (16)

Для надежного возбуждения колебаний надо, чтобы неравенство (16)
обеспечивалось с запасом

S  K_OC
 (3...5)  G_k . (17)

3. Режим транзистора по постоянному току

Режим транзистора по постоянному току обеспечивается напряже-

ниями
E_п и
E_см . Для исключения возбуждения паразитных колебаний в це-

пи подачи питания в качестве элемента, блокирующего источник E_п
от то-

ков высокой частоты, применяют не блокировочные индуктивности, как в

усилителе мощности, а блокировочные сопротивления
^Rбл
(рис. 4). В этом

случае постоянное напряжение на коллекторе транзистора VT
U_KO  E_п  I_KO  R_бл .
Рис. 4. Эквивалентная схема автогенератора по постоянному току

Напряжение смещения на управляющем электроде VT выбирается из условия получения мягкого режима возбуждения колебаний. С этой целью

необходимо обеспечить вид зависимости
G_a (U_a1 )
как на рис. 5, г. Вариан-

ты выбора напряжения смещения показаны на рис. 5, а.

а) б)

в) г)

Рис. 5. Режимы работы автогенератора

Для получения мягкого режима возбуждения следует устанавливать напряжение смещения, соответствующее максимальной крутизне переход- ной ВАХ транзистора (точка 1, рис. 5, а).

По мере нарастания амплитуды колебаний напряжения
^U y1
(и U_a1 )

ограничивается размах тока
i_k (t)
вследствие нелинейности динамической

переходной характеристики
i_k (u_y ) . В результате с ростом
^Ua1
модуль G_a

уменьшается, причём это уменьшение обусловлено с одной стороны,

уменьшением угла отсечки импульсов коллекторного тока
i_k (t) ^{, а с другой}

• 
  переходом в перенапряжённый режим и появлением провала в импуль- сах тока. При работе транзистора в недонапряжённом режиме
  

I _k1   ₁ ( )  S U _y1
^I k1

и G_a

^U y1

• 
  K_OC
  

  ₁ ( )  S  K_OC ,

или с учётом (11) и (15)


S₁  S   ₁ ( ) , (18)

G_a  G₀
  ₁ ( ) . (19)

см
Если напряжение смещения установлено равным U ⁽⁰⁾ (точка 1 на рис.
5, а), то в процессе нарастания амплитуды угол отсечки импульсов i_k

уменьшается от 180° до 90°. При этом коэффициент
 ₁ ( )
уменьшается от

1 до 0,5. Так же изменяется и
G_a – штриховая линия на рис. 5, г. Дальней-

шее уменьшение G_a
(рис. 5, г) обусловлено переходом транзистора в пе-

ренапряжённый режим.
Таким образом, при выполнении условия
S  K_OC  (3...5)G_k
в автогенераторе с фиксированным смещением реализуется перена- пряжённый режим работы VT. Однако для высокостабильных автогенера- торов перенапряжённый режим нежелателен, ибо он связан с существен-

ным возрастанием гармоник в выходном токе VT, следовательно, с режи- мом уменьшения стабильности частоты. Таким образом, в задающих авто- генераторах применение фиксированного смещения нецелесообразно.
Наряду с фиксированным смещением применяют автоматическое смещение. Для мягкого возбуждения колебаний надо установить фиксиро-

ванное смещение на участке максимальной крутизны зависимости
Если выполняется соотношение
i_k (u_y ) .

где

I
(0)
KO


^{и I} KO
I _KO  I _KO , (20)

• 
  
  (0)
  постоянный коллекторный ток в момент возбуждения
  

колебаний и в стационарном режиме колебаний соответственно, то по мере роста амплитуды колебаний напряжение смещения уменьшается из-за на- личия, например, сопротивления автосмещения в эмиттере (истоке) VT. В результате амплитуда колебаний ограничивается только путём уменьше- ния угла отсечки без захода в перенапряжённый режим.
Итак, в высокостабильных автогенераторах необходимо применять комбинированное смещение – фиксированное и автоматическое. Фиксиро-

ванное смещение создаётся источником E_п
и делителем напряжения
R₁ R₂ .

Автоматическое смещение обеспечивается частично за счёт протекания

тока
^I y 0
через параллельно соединённые сопротивления
R₁ и
R₂ , а частич-

но за счёт падения напряжения на резисторе
^Rсм
при протекании тока
^I ЭО ^.

3. Возможность прерывистой генерации

Чтобы резистор автосмещения
^Rсм
не создавал отрицательной обрат-

ной связи (ООС) по высокой частоте, он шунтируется конденсатором
^Сбл ^.

В связи с этим скорость нарастания постоянного напряжения автосмеще-

ния
^Uавт
на резисторе
^Rсм
определяется постоянной времени заряда кон-

денсатора
С_бл . При большом значении ёмкости конденсатора
^Сбл
увеличе-

ние
^Uавт
отстаёт от роста амплитуды колебаний
^Ua1
и U _y1 . В результате

может получиться следующая ситуация: напряжение автосмещения будет продолжать расти, в то время как амплитуда колебаний уже достигнет ста- ционарного значения.

Продолжающееся увеличение
^Uавт
смещает рабочую точку в сторо-

ну малых значений крутизны S переходной характеристики, при этом

уменьшается
S₁  S   ₁ ( )
и G_a  S₁  K_OC . Вследствие этого мощность

2
P_  0.5 U_a1  G_a , отдаваемая АЭ в колебательный контур, окажется меньше

потребляемой мощности
P_ 
1 ₂


 U
₂ a1

• 
  G_k
  

и колебания прекратятся.

При разряде
^Сбл
уменьшающееся по модулю напряжение
^Uавт
воз-

вратит рабочую точку на участок крутизны S, где выполняются условия самовозбуждения
S  K_OC  G_k
и вновь произойдёт возбуждение колебаний. Возбуждение и срыв колебаний могут образовывать периодические процессы.

Таким образом, ёмкость конденсатора
С_бл , шунтирующий резистор

R_см , не должна быть слишком большой. Для её расчёта используют соот- ношение

2  Q
С_бл  R_см   _p
или
1 _
( _p  C_бл )
^Rсм _,
Q


где  _p 
p
– постоянная времени резонатора,

Q – добротность резонатора.

3.