5.Выбор режима работы автогенератора

Режим работы АГ может быть недонапряженным, критическим и перенапряженным. В отличие от ГВВ при выборе режима работы АГ необходимо руководствоваться в основном требованиями к стабильности частоты колебаний и реже – энергетическими соображениями. В маломощных АГ, применяемых в качестве задающих генераторов передатчиков, главенствующее значение приобретает требование к стабильности частоты. В таких АГ наиболее предпочтительным является недонапряженный режим с малыми токами управляющего электрода, используемого активного элемента. При этом минимизируется мощность самовозбуждения, входная, проходная и выходная проводимости транзистора, увеличивается коэффициент усиления транзистора по мощности. За счет указанных причин удается ослабить связь транзистора с контуром, уменьшить фазовый сдвиг в цепи ПОС и добиться увеличения стабильности частоты АГ.

Стабильность частоты колебаний АГ увеличивается также с уменьшением генерируемой мощности. По этой причине мощность транзисторных АГ обычно не превышает единиц мВт.

В мощных АГ требование к стабильности частоты уходит на второй план. Первостепенное значение приобретают энергетические показатели. Поэтому при выборе режима работы таких АГ предпочтение отдается критическому и слабо недонапряженному режимам. Ток управляющего электрода, требуемая мощность самовозбуждения и фазовый сдвиг в цепи ПОС при этом возрастают в сравнении с их значениями в недонапряженном режиме. С целью повышения КПД АГ путем уменьшения расстройки коллекторного контура фазовые сдвиги компенсируются за счет включения в цепь базы корректирующей фазосдвигающей цепи

= .

Тогда уравнение баланса фаз АГ принимает вид

.

Следовательно, величина становится равной нулю.

6. Условие самовозбуждения автогенератора

Выполнение схемы одноконтурного АГ в соответствии с правилом составления трехточечных схем является необходимым, но недостаточным условием существования автоколебаний в АГ. Достаточным условием их существования является выполнение условия самовозбуждения АГ.

После включения питания на управляющем электроде активного элемента появляется узкополосное шумовое напряжение U_вх.нач, близкое к синусоидальному и средней частотой, равной резонансной частоте контура АГ. Причиной этого являются наличие дробового шума в токе активного элемента, переходные процессы в АГ после включения питания и электрические наводки. Так как контур АГ имеет высокую добротность и, следовательно, инерционен, возвратное напряжение будет поступать на вход активного элемента после усиления с некоторой задержкой, равной постоянной времени контура , где Q добротность контура. Самовозбуждение АГ будет выполняться только в том случае, если возвратное напряжение U_вх будет превышать _. Последнее возможно, если рабочая точка «А» активного элемента выставлена на участке статической проходной характеристики с большой крутизной. Следует также заметить, что U_вх.нач является величиной достаточно малой, а поэтому транзистор АГ на начальном этапе возбуждения ведет себя как линейное устройство со средней крутизной, равной крутизне его статической характеристики S. Это положение будет сохраняться до тех пор, пока амплитуда входного напряжения U_вх не превысит величину .

Условие самовозбуждения АГ можно получить из решения укороченного дифференциального уравнения, описывающего поведение амплитуды U_вх на линейном этапе установления колебаний. Для простоты пренебрежем комплексностью средней крутизны транзистора. Запишем уравнение установившегося режима АГ в следующей форме

.

Введем обозначение

,

- управляющее сопротивление. Оно зависит только от способа реализации контура АГ. В пределах линейного участка фазовой характеристики контура сопротивления может быть представлено в следующем виде

.

Перепишем уравнение установившегося режима с учетом принятых обозначений, предварительно умножив левую и правую части уравнений на U_вх:

.

Заменим в выражении (22) символ сдвинутым оператором , где - оператор дифференцирования. После несложных преобразований получим укороченное дифференциальное уравнение

.

Поскольку на начальном этапе самовозбуждения и транзистор АГ ведет себя как линейное устройство, решение уравнения (23) можно представить в виде

,

где r – корень характеристического уравнения

.

Решая это уравнение, получаем

.

Из решения следует, что амплитуда колебаний U_вх в АГ будет нарастать, если корень характеристического уравнения больше нуля. Последнее будет выполняться, если

.

Неравенство принято называть условием самовозбуждения АГ, произведение - параметром регенерации, величину обратную параметру регенерации - порогом регенерации.

По мере роста амплитуды колебаний U_вх транзистор АГ из линейного режима работы переходит в режим с отсечкой. Средняя крутизна транзистора уменьшаться. по мере уменьшения угла отсечки. В результате скорость нарастания амплитуды колебаний U_вх замедляется и при выполнении условия баланса амплитуд рост ее прекращается. Иными словами, увеличение амплитуды колебаний в АГ происходит до тех пор, пока выполняется неравенство . Это неравенство можно назвать условием нарастания колебаний.

В установившемся режиме амплитуда колебаний на входе принимает значение U_вх0.