Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Автогенератор в виде усилителя с положительной обратной связью



Как показано в разделе 5.3, в усилителе (коэффициент передачи ) с обратной связью ( ) при положительной обратной связи (jКус+jb=2pn) возникает возбуждение при из-за нуля в знаменателе в выражении для общего коэффициента усиления (5.2).

Таким образом, условие самовозбуждения состоит в выполнении двух равенств:

jКус+jb=2pn – баланс фаз (6.1),

- баланс амплитуд (6.2).

На каких частотах выполняются условия (6.1) и (6.2), на таких частотах и будут генерироваться колебания.

Рис.6.1. LC автогенератор на транзисторе.

 

В реальных автогенераторах в качестве усилительных элементов используют электронные лампы, транзисторы и операционные усилители в интегральном исполнении (ИМС). В узкополосных цепях применяют резонансные LC-контуры и частотно-зависимые (фазирующие) RC-цепи.

Схема автогенератора с LC – контуром в коллекторной цепи транзистора и трансформаторной обратной связью приведена на рис.6.1. Вторичная обмотка трансформатора включается встречно первичной обмотки, чтобы получить jb = p. Значение модуля b определяется отношением числа витков трансформатора и коэффициента связи обмоток.

Коэффициент усиления резонансного усилителя равен:

(6.3).

Здесь S – крутизна характеристики ток коллектора – напряжение базы транзистора (рис.6.2). При работе транзистора в нелинейном режиме вместо крутизны подставляется средняя крутизна для первой гармоники, определяемая углом отсечки:

(6.4).

Qэкв - эквивалентная добротность контура, учитывающая параллельные контуру сопротивления: нагрузки, цепи обратной связи и внутреннее сопротивление транзистора.

- характеристическое сопротивление, w0 = (LC)-1/2 – резонансная частота. Только на резонансной частоте w = w0 получим jус=p и выполнение баланса фаз jус+jb=2p.

Рис.6.2. Характеристика транзистора а) и зависимость коэффициента усиления на резонансной частоте от напряжения на входе в режиме «А» – б) и «В» – в).

 

На резонансной частоте ½Кус½=SсрQэквr и определяется крутизной характеристики Sср в рабочей точке, положение которой определяется делителем R1R2. При положении рабочей точки в начале характеристики (режим А) начальная крутизна близка к нулю и баланс амплитуд (6.2) не выполняется. Для самовозбуждения генератора необходим первоначальный толчок, обеспечивающий получение начальной амплитуды, большей Umin (жесткий режим самовозбуждения). Такая начальная амплитуда колебаний может быть получена для маломощных генераторов простым включением за счёт нестационарных процессов. Для запуска мощных генераторов применяют вспомогательный пусковой генератор. После запуска точка U>Umin, является неустойчивой из-за превышения условия , колебания быстро увеличиваются до установившегося стационарно устойчивого режима Umax снова соответствующему значению .

Жесткий режим самовозбуждения является экономичным из-за минимума постоянного тока I0, однако в нём, кроме трудности с самовозбуждением также трудна регулировка амплитуды установившихся колебаний.

При выборе рабочей точки в положении «В» (мягкий режим самовозбуждения) генератор начнёт самовозбуждаться сразу при включении питания. Амплитуда установившихся колебаний может плавно регулироваться изменением коэффициента обратной связи b. Однако, в мягком режиме имеются большие потери на постоянный ток.

На практике часто используют смешанный режим (рис.6.3).

Рис.6.3. Смешанный режим самовозбуждения: а) однотактная схема; б) процесс автоматического смещения рабочей точки; в) двухтактная схема.

 

Здесь рабочая точка устанавливается в режим «В» и вначале имеем мягкий режим возбуждения. Однако с увеличением амплитуды колебаний растёт постоянный ток базы через сопротивление Rб заряжая ёмкость Сб и смещая рабочую точку в режим А (рис.6.3 б). В мощных генераторах применяют двухтактную схему с двумя транзисторами (или лампами), связанными положительной обратной связью (рис.6.3 в). Транзисторы поочерёдно подхватывают колебания в контуре, при этом чётные высшие гармоники подавляются.

Существует большое количество различных схем LC – генераторов с транзисторами или электронными лампами в качестве усилительных элементов. Они различаются включением колебательного контура и типом связи с усилительным элементом. На рис.6.4.а) приведена схема автогенератора на трёхэлектродной лампе (триоде) со связью от части индуктивности (индуктивная трёхточка). Частота генерации подстраивается с помощью переменного конденсатора С. Величина напряжения связи подбирается соотношением полного числа витков катушки индуктивности и количества витков от начала до отвода. Блокирующая индуктивность Lб >>L препятствует шунтирующему действию источника питания на частоте генерации, а блокирующий конденсатор Сб>>C – шунтированию по постоянному току. Переменное напряжение связи подаётся на сетку со сдвигом на p. На рис.6.4.б показана схема ёмкостной трёхточки. Она отличается тем, что напряжение связи регулируется подбором соотношения делителя С1 и С2, а частота генерации устанавливается катушкой переменной индуктивности L. Кроме того, добавлен резистор в цепи сетки, препятствующий накоплению заряда на сетке. На рис.6.4.в) показана схема с трансформаторной связью контура и усилительного элемента. В таких схемах важно правильное подключение выводов катушек (начало обозначено точкой).

Рис.6.4.

Аналогичные типы генераторов реализуются и на транзисторах. На рис.6.5 приведены две схемы индуктивной и ёмкостной трёхточки. Отличие от схем на электронных лампах состоит необходимости применения делителя напряжения R1R2 для установки тока покоя базы и развязывающего конденсатора Ссв. В индуктивной трёхточке применено последовательное питание контура и транзистора, а в ёмкостной параллельное.

Рис.6.5.

Настройку LC-генератора на требуемую частоту осуществляют обычно изменением небольшой емкости дополнительного конденсатора, включенного параллельно основному конденсатору резонансного контура. В современных автогенераторах для изменения частоты колебаний применяют варикапы и подстройку, или даже перестройку частоты, производят с их помощью электронным способом.

 

RC-генераторы.

Технические характеристики LC-генераторов в диапазонах достаточно низких частот существенно ухудшаются из-за резкого возрастания величин и размеров индуктивностей и емкостей колебательных контуров. Поэтому в низкочастотных автогенераторах в качестве колебательных систем и цепей положительной ОС используют частотно-избирательные RC-цепи. Наиболее распространены в радиоэлектронике и технике связи низкочастотные автогенераторы двух видов — с фазосдвигающей RC- цепью и с мостом Вина.

Автогенератор с фазосдвигающей RC-цепью.

Такой автогенератор содержит инвертирующий усилитель и трехзвенную RC-цепь положительной ОС (рис.6.6). Из теории цепей известно, что данная трехзвенная -цепь имеет типовые амплитудно-частотную b(f) и фазовую j(f) характеристики, показанные на рис.6.6.

Рис.6.6.

Цепь вносит фазовый сдвиг jb=p на частоте и имеет вещественное значение коэффициента передачи b=1/29. Поэтому для обеспечения в автогенераторе баланса амплитуд необходимо выбирать коэффициент усиления усилителя ½Kус½=R2/R1³29, а баланс фаз обеспечивается автоматически путем инвертирующего включения ОУ. Недостатки RC-генератора на инвертирующем усилителе и трехзвенной RC- цепью — довольно большое количество элементов в петле положительной ОС и, как следствие, трудность перестройки частоты генерации в широком диапазоне. Поэтому чаще применяют автогенераторы с неинвертирующим включением операционного усилителя и мостом Вина в цепи положительной ОС.

RC-генератор с мостом Вина.

Мост Вина представляет собой частотно-избирательную последовательно- параллельную RC-цепь, состоящую из двух емкостей С и двух сопротивлений R. Амплитудно-частотная b(f) и фазовая j(f) характеристики моста Вина (рис. 6.7) известны. Из графика частотной характеристики следует, что на частоте fk=(2pRC)-1 коэффициент передачи моста Вина b =1/3, а фазовый сдвиг в выходном сигнале отсутствует (jb=0). Значит, самовозбуждение автогенератора будет происходить при коэффициенте усиления усилителя ½K½=R2/R1³3 на квазирезонансной частоте fk. Данный автогенератор имеет более компактную структуру построения схемы. В ней цепь положительной ОС включается между выходом и неинвертирующим входом ОУ (рис. 6.7). Регулировка амплитуды осуществляется подстроечным резистором R2. Перестройка частоты в схеме осуществляется обычно с помощью сдвоенного конденсатора.

 

Рис.6.7.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.