3. Условия самовозбуждения и стационарности автогенераторов

Радиоэлектронная цепь может быть генератором гармонических колебаний, если выполнены условия самовозбуждения и условия устойчивости стационарных колебаний.

Включение питания генератора порождает импульс тока, под воздействием которого возникает колебательный переходный процесс. В зависимости от того, выполнены или не выполнены условия самовозбуждения, колебания переходного процесса могут возрастать или затухать. Ввиду малости амплитуд начальных колебаний генератор можно считать линейной цепью, условия неустойчивости которой в соответствии с первым методом Ляпунова совпадают с условиями самовозбуждения генератора как нелинейной цепи.

Генератор с внешней ОС представим структурной схемой, показанной на рис. 50.

Рис. 50

Он состоит из узкополосного усилителя К и цепи . Согласно критерию Найквиста, линейный усилитель с ОС будет неустойчив, а следовательно, генератор будет самовозбуждаться, если для некоторой частоты выполнены условия:

…; (105)

где и — модуль и фаза возвратного отношения:

(106)

Первое условие (69) означает, что начальная фаза сигнала, вернувшегося по петле ОС на вход усилителя, совпадает с начальной фазой входного сигнала. Это условие с учетом (106) часто записывают так:

…, (107)

и называют условием баланса фаз.

Второе условие также полезно переписать с использованием (106):

(108)

Это условие означает, что амплитуда сигнала, вернувшегося по петле ОС, больше амплитуды входного сигнала, вследствие чего после замыкания петли ОС амплитуда колебаний должна нарастать.

4. Колебательные характеристики

Колебательной характеристикой называется зависимость амплитуды первой гармоники тока в колебательном контуре Im₁ от амплитуды напряжения на входе транзистора Umвх.

На рис. 51 показаны три колебательные характеристики соответствующие разным напряжениям смещения. Характеристика 1 соответствует смещению, при котором крутизна максимальна при Umвх=0. При увеличении амплитуды напряжения на входе средняя крутизна падает и наклон колебательной характеристики уменьшается.

Характеристика 2 соответствует большему смещению, при Umвх=0 крутизна значительно меньше максимальной. Поэтому с увеличением Umвх - средняя крутизна выходного тока и наклон колебательной характеристики растут. Лишь при очень больших амплитудах Umвх наклон колебательной характеристики начинает уменьшаться.

Характеристика 3 соответствует случаю, когда в отсутствие входного сигнала транзистор заперт. Выходной ток, а следовательно, и ток в колебательном контуре, появляется лишь при некоторой амплитуде Umвх, достаточной для отпирания транзистора в течение части периода входного колебания.

Таким образом, колебательная характеристика дает зависимость тока в выходном контуре от напряжения на входе:

Im₁ = f(Umвх). (109)

Колебательная характеристика — это характеристика транзистора с включенным в выходную цепь колебательным контуром.

С другой стороны, амплитуда напряжения на входе линейно зависит от тока в контуре:

Umвх = ω·M·Im1 (110)

или

Im₁ = (1/ω·M)·Umвх. (111)

Рис. 51. Колебательные характеристики генератора

Рис. 52. Колебательная характеристика генератора - линия обратной связи

Эта зависимость, изображенная графически на рис. 52, в координатах Im₁, Umвх, называется линией обратной связи.