7.5. Регулировочные характеристики автогенераторов

Под регулировочными характеристиками АГ понимают зависи­мости параметров стационарного режима от параметров одного из элементов схемы. Эти характеристики дают представление о влиянии элементов выбранной схемы на частоту и режим автоколебаний. Опираясь на них, можно выбрать наиболее удобный алгоритм полу­чения требуемых значений частоты и амплитуды выходных колеба­ний при наличии неизбежного разброса параметров активных и пас­сивных компонентов схемы и, в частности, выбрать параметры, которые следует изменять в процессе регулировки схемы АГ.

Рассмотрим в качестве примера регулировочные характеристики АГ по схеме ЕТ с последовательно соединенными емкостью С₃ и индуктивностью Z₃ между коллектором и базой (см. рис. 7.21, а и рис. 7.24). Из (7.107), (7.113) и (7.114)—(7.116) получим выражения для частоты автоколебаний

(7.120)

и управляющего сопротивления

. (7.121)

Здесь считаем, что φ₅ = 0 и φ_k = 0.

Предположим, что регулирующим параметром является емкость С₁. Остальные параметры будем считать постоянными, так же как и доб­ротность контура Q. Зависимости управляющего сопротивления и частоты колебаний от С₁ показаны на рис. 7.25.

По зависимости R_у(С₁) (рис. 7.25, а) можно определить границы области

C_{1 min} < C₁ < С_1mах, в которой выполнено условие самовозбуж­дения.

Максимальное значение R_y достигается при С₁ =

Используя нагрузочную характеристику рис. 7.16, можно затем получить зависимость амплитуды колебаний U_вх от C₁ (Однозначно она находится по рис. 7.16 только в области недонапряженного режима.) Из рис. 7.25, б видно, как изменяется частота автоколеба­ний при изменении С₁. Из рассмотренного выше примера расчета АГ можно сделать вывод, что в реальных схемах генераторов на бипо­лярных транзисторах емкость

С₁ >> . В этой области изменение C₁ (см. рис. 7.25) позволяет существенно изменять запас по

Рис. 7.25. Зависимости управляющего сопротивления (а) и частоты колебаний (б) от емкости C₁ в автогенераторе по схеме емкостной трехточки, показанной на рис. 7.24

самовозбуждению и амплитуду колебаний при слабом влиянии на их частоту

Аналогичным образом с помощью выражений (7.120), (7.121) можно проанализировать зависимости управляющего сопротивления и частоты автоколебаний от емкости С₃ в схеме рис. 7.24 и выяснить, как будет изменяться запас по самовозбуждению при перестройке АГ в некотором диапазоне частот с помощью емкости С₃.

7.6. Нестабильность частоты автоколебаний

Частота АГ f непрерывно изменяется по различным причинам, объединяемым общим названием дестабилизирующие факторы. Их можно разделить на две группы, действующие на f_T двумя путями: 1) изменение резонансной частоты контура; 2) изменение фазового набега в кольце положительной обратной связи. Первая группа обычно включает в себя климатические факторы (температуру, влаж­ность, атмосферное давление) и факторы механического воздействия окружающей среды (вибрации, акустическое воздействие, ускоре­ния). Вторая группа факторов представлена в основном внутренними шумовыми процессами в АЭ и других элементах схемы АГ, а также нестабильностями источников питания.

Указанное деление в значительной мере условно. Например, в АГ на биполярном транзисторе случайное отклонение Е_к сначала быстро изменяет f_г вследствие зависимости от Е_к значений ф₅, q>_k и барьер­ной емкости коллекторного перехода, а затем настает очередь более инерционных откликов, порожденных сдвигом теплового баланса.

Рассмотрим более подробно влияние на нестабильность частоты фазовых сдвигов по кольцу положительной обратной связи. Исполь­зуя уравнение баланса фаз (7.13) при т = 0, записываем следующее уравнение для частоты генерации f_r:

(7.122)

Ограничиваясь рассмотрением одноконтурных АГ, представляем фазочастотную характеристику ср^Л) (7-96) в виде

(7.123)

Подставляя (7.123) в (7.122) и решая полученное уравнение относи­тельно f_г, получаем

(7.124)

²⁴⁾

Из (7.124) видно, что нестабильности фазового сдвига изменяют отклонение частоты генерации от резонансной частоты контура и эти изменения тем значительнее, чем ниже добротность контура.

Для относительных изменений частоты генерации, обусловлен­ных малыми нестабильностями резонансной частоты Д/₀, и для сдви­гов фаз Аф^, Дф^ из (7.124) вытекает следующее выражение:

(7.125)

Из (7.125) видно, что нестабильности частоты, обусловленные изменением фазовых сдвигов по кольцу обратной связи, тем больше, чем больше по абсолютному значению суммар­ный фазовый сдвиг по кольцу | | на частоте генерации. Увели­чение | | уменьшает знаменатель множителя при ( )

в (7.125). Физически это отражает уменьшение крутизны фазочастот-ной характеристики контура при отклонении частоты генерации f_г от резонансной частоты f₀.

Следует отметить, что при работе на частотах, при которых фаза крутизны АЭ достигает значений φ_S = -20° (что при расчете режима АГ не приводит к значительным поправкам), и при ненулевой вход­ной проводимости АЭ S_BX jпроявляется заметная разница между схе­мами ИТ и ЕТ в чувствительности частоты генерации к нестабиль-ностям фазовых сдвигов по кольцу обратной связи. Эта разница связана с разными знаками фазы коэффициента обратной связи φ_k (7.101) в этих схемах.

В ИТ Х_σ > 0 и φ_k < 0, поэтому отрицательные сдвиги фаз φ_S и φ_k при суммировании дают | | = | φ_S | + | φ_k | .

В ИТ Х_{σ Т} < 0 и φ_k > 0, поэтому | | =|| φ_S |+| φ_k ||. Если φ_S = -20°, а

| φ_k.| = 15°, то в ИТ | | = 35° и множи­тель 1/соs²( ) = 1,49.

В ЕТ | | = 5° и этот множитель

практически равен единице. Таким образом, даже при таком малом значении ф₅ чувствительность ИТ к нестабильностям фазовых сдви­гов по кольцу в 1,5 раза выше, чем чувствительность ЕТ. С увеличе­нием запаздывания по фазе это различие становится еще более замет­ным и возможность компенсации этого запаздывания фазовым

сдвигом в ЕТ становится существенным ее преимуществом перед ИТ.

Для повышения стабильности частоты (снижения нестабильности частоты) в соответствии с (7.125) необходимо:

повышать эталонность контура, т. е. обеспечивать большее посто­янство f;

выбирать режим работы АЭ с минимальными ∆φ_s (как пра­вило, это недонапряженный режим);

работать на наиболее крутом участке ФЧХ контура в точке f_г =f₀, добиваясь полного фазирования с помощью дополнительного фазо­вращателя между контуром и управляющим электродом АЭ;

увеличивать добротность нагруженной колебательной системы АГ. Последнее требование обычно наиболее эффективно достигается путем подключения дополнительного высокодобротного контура.