. Трехточечные схемы автогенераторов

, где r_П – сопротивление потерь.

Из условия баланса фаз и амплитуд , что управляющее сопротивление должно быть действительным и положительным. Это возможно при выполнении условий:

1) Z₁ и Z_2­ должны иметь одинаковый знак в реактивной части.

2) X₁ + X₂ + X_3­ =0  в третьей цепи должен стоять элемент другого типа.

; - формула Томсона (колеб. Кон.)

Т.О. возможны два варианта трехточечных схем:

1) Емкостная трехточка

2 ) Индуктивная трехточка

- Схема Колпица

- Схема Клаппа

. Автогенераторы с трансформаторной обратной связью

Принцип построения схем автогенератора. Простейшую схему ав­тогенератора можно получить на основе схемы генератора с внеш­ним возбуждением, т. е. обычного усилителя мощности. В качест­ве примера на рис. приведена схема генератора, напряжение возбуждения которого подается от внешнего источника. Учи­тывая усилительные свойства транзистора, считаем, что для по­лучения заданного напряжения на выходе значение напряжения па входе требуется значительно меньше, чем на выходе (в K раз, где K - коэффициент усиления каскада). Если в контуре при включении напряжения питания возникли колебания, то на кон­туре появилось некоторое небольшое напряжение. Часть этого нап­ряжения можно подать с выхода, т. е. с контура, на вход, в цепь базы.

К пояснению преобразования усилителя (а) в автогенераторах (б)

Для этого катушку L1 надо прибли­зить к катушке контура L2, как показано на рис. б. Т.О. получим схе­му генератора с самовозбуждением или автогенератора.

На рис. ,6 приведена принципиальная схема транзисторного автогенератора гармонических колебаний с индуктивной трансформаторной связью. Колебательной системой в этой схеме является контур L2C2, включенный в выходную (коллекторную) цепь транзистора. Режим базовой цепи транзистора VT задается дели­телем R1R2. Стабилизация рабочей точки обеспечивается резистором R3 в цепи эмиттера. Нагрузка Ra генератора подключена к коллектору транзистора через разделительный конденсатор СЗ. Обратная связь с выходной цепи во входную осуществляется с помощью катушки связи L1, включенной в цепь база - эмиттер.

Начало самовозбуждения происходит следующим образом. При включении источника питания Ек появляется коллекторный ток . В момент включения скорость нарастания тока настолько большая, что он протекает только через конденсатор С2 по цепи: +Eк, конденсатор С2, коллектор-эмиттер, блокировочный конденсатор Сэ, -Ек. Конденсатор С2 заряжается. Индуктивная ветвь в этот момент вследствие ЭДС самоиндукции оказывает быстрому нарастанию тока большое сопротивление. Ток через нее не протекает. Пояснить процессы в контуре в момент включения источника питания можно так. Известно, что реактивное сопротивление емкости , а индуктивности . Момент включения можно считать скачком напряжения, как показано на рис. сплошной линией. Его можно рассматривать как начальную часть синусоиды колебаний высокой частоты (штриховая линия на рис. ∞, T0). Сопротивление конденсатора . Сопротивление индуктивной катушки . Поэтому ток проходит только через конденсатор, заряжая его. По мере заряда конденсатора C2 скорость нарастания коллекторного тока и соответственно ЭДС самоиндукции уменьшается. При этом медленно изменяющийся коллекторный ток проходит в основном через катушку, сопротивление которой для него неболь­шое. Зарядившийся в первый момент включения конденсатор С2 начинает разряжаться через катушку L2. В результате в контуре возникают колебания с частотой . Чтобы эти колебания стали незатухающими, необходимо восполнять потери энер­гии в контуре хотя бы один раз за период. Для этого схема автогенератора должна быть построена так, чтобы выполнялись усло­вия самовозбуждения.

У словия самовозбуждения. Для устойчивой работы автогене­ратора необходимо выполнение двух условий: баланса фаз и ба­ланса амплитуд.

Баланс амплитуд - это условие поступления количества энер­гии от источника питания Eк(Eа) в контур, необходимой для вос­полнения всех потерь в контуре и поддержания колебаний неза­тухающими.

Баланс фаз - это условие своевременной подачи энергии в контур.

Подача энергии в контур, т. е. подпитка контура, должна происходить не непрерывно, а импульсами, в такт с частотой воз­никших в нем колебаний и в определенном количестве. Регули­ровку количества и времени поступления энергии в контур осу­ществляет транзистор VT с помощью обратной связи. Компенса­ция потерь в колебательном контуре осуществляется током кол­лектора . Следовательно, значение этого тока должно быть дос­таточным для восполнения всех потерь энергии за период. Но значение коллекторного тока определяется напряжением на базе транзистора, т. е. напряжением обратной связи. Поэтому ампли­туда напряжения обратной связи U_ОС должна быть достаточной для того, чтобы открыть транзистор до такой степени, при кото­рой он будет пропускать ток, достаточный для восполнения всех потерь в контуре.

В рассматриваемой схеме с трансформаторной обратной связью баланс амплитуд достигается подбором обратной связи путем из­менения расстояния между катушками или подбором числа вит­ков катушки обратной связи.

Второе условие существования незатухающих колебаний в автогенераторе - баланс фаз - означает, что ток от источника питания, проходя через контур, должен совпадать по фазе с контурным током возникших в контуре колебаний. Только в этом случае он будет поддерживать колебания. Транзистор должен от­крываться и пропускать ток от источника питания через контур и те полупериоды, когда конденсатор должен подзаряжаться, а энергия колебательной системы должна увеличиваться. Такое отпирание транзистора осуществляется напряжением обратной связи. Для этого концы катушки обратной связи L_ОC должны быть подключены к базе и эмиттеру так, чтобы напряжение на базе было противофазным, напряжению на коллекторе.

Т.О., баланс фаз состоит в том, что сумма фазовых сдвигов колебаний по цепям прямой передачи (усиления) и обратной связи должна быть равна или кратна 360°.

При включении автогенератора может оказаться так, что ко­лебания в нем не возникают. В таком случае надо подобрать ба­ланс фаз, для чего следует поменять местами концы катушки обратной связи.

Уравнение устойчивого самовозбуждения. При рассмотрении автогенератора было отмечено два режима его работы - режим нарастания колебаний и режим установившихся колебаний. Для того чтобы автогенератор устойчиво работал в установившемся режиме, необходимо, чтобы напряжение на контуре в результате прохождения цикла колебаний по цепи обратной связи сов­падало по амплитуде и по фазе с напряжением предыдущего цикла .

Для определения соотношения токов и напряжений в автоге­нераторе в установившемся режиме надо записать условие сохра­нения неизменным напряжения на контуре после прохождения цикла колебаний по замкнутой цепи обратной связи.

Допустим, что в начале рассматриваемого цикла колебаний на контуре действует переменное напряжение При этом по цепи обратной связи на сетку подается напряжение, определяемое коэффициентом обратной связи . Под действием этого напряжения в анодной цепи протекает ток .

Эти выражения написаны в комплексной форме для учета сдвига по фазе между анодным током и напряжением на ано­де . Появляется сдвиг потому, что в общем случае частота ге­нерируемых колебаний может несколько отличаться от собст­венной частоты контура . В результате появится фазовый сдвиг между анодным током и напряжением на контуре и экви­валентное сопротивление контура будет иметь кроме активной еще и реактивную составляющую .

Для упрощения анализа и расчета автогенератора было введено понятие о средней крутизне , где S - мгновенное значение крутизны характеристики.

Анодный ток , проходя по контуру, создает на нем напря­жение . В установившемся режиме должно выполняться равенство . Тогда . Обычно значение D очень мало и им можно пренебрегать. Тогда можно записать . Известно, что комплексные числа равны, если равны порознь их модули и аргументы. Тогда произведение модулей . Это уравнение на­зывается основным уравнением стационарного режима автогене­ратора.

В транзисторных автогенераторах условия самовозбуждения имеют некоторые особенности. При анализе их работы необходи­мо учитывать внутренний и внешний коэффициенты обратной связи. Внешний коэффициент обратной связи определяется отноше­нием амплитуды напряжения возбуждения на внешних зажимах эмиттер - база U_Б к амплитуде колебательного напряжения на коллекторном контуре U_K, т. е. . Тогда основное уравнение самовозбуждения принимает .

Кроме того, в транзисторных автогенераторах следует учиты­вать фазовый сдвиг, вносимый инерцией носителей заряда. В лам­повых автогенераторах инерцию электронов можно не учитывать даже на высоких частотах, вплоть до СВЧ. А в транзисторных инерция носителей зарядов оказывается уже на сравнительно невысоких частотах. Для устойчивого самовозбуждения фазовый сдвиг, вносимый инерцией носителей, компенсируется расстройкой коллекторного контура.