2.2. Режим коливань першого і другого роду в схемі генератора з зовнішнім збудженням.

В схемах ГЗЗ в залежності від вибору робочої точки транзистора відрізняють два режими роботи: режим роботи першого і другого роду.

Режим коливань першого роду передбачав вибір робочої точки транзистора (лампи) посередині лінійної ділянки вихідної чи перехідної характеристики. При цьому вихідний струм активного елементу ГЗЗ протікає на протязі всього періоду напруги збудження і повторює її форму. (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Форми струмів і напруг при режимі коливань першого роду.

При використанні біполярного транзистора (рис. 2.5а) подача синусоїдального U_вх на ділянку база - емітер по вхідній характеристиці приводить до появи синусоїдального базового струму, який по вихідній характеристиці, як видно з побудови його форми, приводить до появи синусоїдального колекторного струму і вихідної напруги. Видно, що форма вихідного струму при наявності опору навантаження (що зображено нахилом динамічної характеристики) відповідає формі вхідної напруги U_вх.

При використанні польового транзистора чи електронної лампи (рис. 2.5б,в). Видно, що подача синусоїдального U_вх на ділянку затвор-витік (чи сітка-катод) по перехідній характеристиці викликає появу синусоїдального вихідного стокового (чи анодного) струму. Характерною ознакою такого режиму є те, що вибір робочої точки посередині ділянки вхідної чи вихідної характеристики приводить до наявності значної величини постійної складової струму І₀, що обумовлює велику потужність, яка споживається від джерела живлення.

Режим коливань другого роду передбачає вибір робочої точки транзистора (лампи) на початку ділянки вхідної чи перехідної характеристики. При цьому вихідний струм активного елементу ГВВ протікає на протязі частини періоду напруги збудження і різко відрізняється від форми вхідної напруги (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Форми струмів і напруг при режимі коливань другого роду.

При використанні біполярного транзистора (рис. 2.6а) подача синусоїдальної U_вх приводить до появи форми колекторного струму в вигляді відсіченої синусоїди. Ця форма відрізняється від форми U_вх, струм колектору протікає лише на протязі частини періоду подачі U_вх, який називається кутом відсічки Ө. Цей кут визначається половиною фазового кута (Ө =½ωt), на протязі якого через транзистор протікає колекторний струм.

При використанні польового транзистора чи електронної лампи (рис. 2.6б,в) видно, що вибір робочої точки А на початку перехідної характеристики і подачі синусоїдальної U_вх приводить до появи стокового чи анодного струму, форма якого відрізняється від форми U_вх і струм протікає лише на протязі частини періоду, визначеною кутом відсічки Ө.

2.3. Розкладання імпульсу струму в ряд фур'є коефіцієнти розкладання а.І.Берга.

При використанні режиму коливань другого роду вихідний струм активного елементу ГЗЗ, як відомо, представляє собою послідовність косинусоідальних імпульсів з відповідним кутом відсічки Ө (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Форма вихідного струму при режимі коливань другого роду.

Як відомо, періодичну послідовність імпульсів будь-якої форми можна розкласти на прості складові (розкладання в ряд Фур'є).

При наявності синусоїдальної вхідної напруги ГВВ вихідний струм буде представляти собою відсічену синусоїду, який зручніше зобразити як косинусоїдальну залежність струму І_(ωt) = I_mcos ωt, де I_m - амплітуда імпульса. Цю послідовність косинусоїдальних імпульсів можна розкласти на прості складові струму:

I(ωt)= I₀ + I_1m cosωt+ I_2m cos2ωt+ I_3m cos3ωt…,

де: I₀, I_1m, I_2m, I_3m, - постійна (середнє значення) складова струму, амплітуда першої, другої, третьої і n-ної гармонійних складових струму, які можна вирахувати, як інтеграл Фур'є:

Оскільки розглядається косинусоїдальна функція, яка є парною, то в інтегралі Фур'є відсутні синусоїдальні складові, тому інтегрування вище приведених виразів спрощується, підставляючи значення кута відсічки Ө, якого можна легко визначити при графічній побудові форми струму, можна одержати при введенні в вираз для інтегрування замість I(ωt) значення I_mcosωt середню складову струму I₀ і амплітуди гармонік I_1m, I_2m, I_3m, I_nm. Вираз для кожної з цих складових буде по суті складатися з двох співмножників: амплітуди імпульса I_m, і деякого числового значення, яке визначається кутом відсічки θ. Це числове значення є деякий коефіцієнт пропорціональності, який носить назву коефіцієнта розкладання косинусоїдального імпульса, який вперше при розробці теорії радіопередавачів вирахував А.І.Берг для всіх кутів відсічки від 0 до 180°, тому вони одержали назву коефіцієнтів розкладання А.І.Берга. Ці коефіцієнти приводяться в науковій літературі чи підручниках в вигляді таблиць чи графіків залежності від кута відсічки.

Таким чином маючи числові значення коефіцієнтів розкладання А.І.Берга, легко визначити, обминаючи трудомісткий процес інтегрування, всі складові струму:

де α₀, α₁, α₂, α₃, α_n - коефіцієнти розкладання А.І.Берга, а амплітуда імпульса.

Графічна залежність коефіцієнтів розкладання зображена на рис. 2.8.

Для одержання складових струму достатньо, наприклад, для кута відсічки θ = 90° визначити по графіках залежності α₀=0,32; α₁=0,5; α₂=0,2; α₃=0 і помножити їх на амплітуду імпульсу I_m. Оскільки кожна складова струму є по суті синусоїда (окрім I₀), то навіть при режимі коливань другого роду і використанні паралельного контуру в вигляді навантаження при не синусоїдальному струмі можна одержати вихідну напругу синусоїдальну, якщо цей контур настроєний на частоту вхідного сигналу

Рис. 2.8. Графіки залежності коефіцієнтів розкладання А.І.Берга від кутів відсічки θ.

(першу гармоніку).