Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«ПЕТЕРБУРГСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Радиотехника»

«Исследование автогенератора»

Методические указания к выполнению лабораторных работ

По курсу «Техника СВЧ»

Санкт-Петербург

2005 г.

Целью работы является исследование схемы транзисторного автогенератора гармонических колебаний с трансформаторной обратной связью и экспериментальная проверка основных положений теории самовозбуждения.

1. Краткие сведения из теории

В состав любого радиопередающего устройства входит возбудитель, который получил название автогенератор (АГ). Он определяет частоту колебаний радиопередатчика. В автогенераторах колебания на выходе возникают самостоятельно в отсутствие внешних воздействий. В состав генератора входит усилительный элемент, источник питания и устройство обратной связи. В качестве усилительного элемента обычно используется транзистор, а нагрузкой является колебательный контур. Если входную цепь транзистора при отсутствии внешнего источника связать с колебательным контуром, то в схеме могут возникнуть незатухающие колебания. Эта связь называется обратной связью. Обратная связь, в зависимости от способа подключения входной цепи к колебательному контуру может быть трансформаторной, автотрансформаторной или емкостной. На рисунке 1 показана схема автогенератора с трансформаторной обратной связью. Он собран на полевом транзисторе с колебательным контуром в цепи стока.

Рассмотрим процесс возникновения колебаний в этой схеме. При включении источника постоянного напряжения в цепи стока током переходного процесса заряжается конденсатор колебательного контура С и в контуре возникает колебательный процесс. Переменный ток, протекая по контурной индуктивности L, вследствие обратной связи создает переменную электродвижущую силу в индуктивности L1. На затвор транзистора будет подано переменное напряжение, которое, в свою очередь, вызовет протекание переменного тока в цепи сток-исток. Таким образом, в колебательном контуре будет протекать два тока: ток перезаряда конденсатора и переменный ток стока. Если ток стока будет достаточной величины и совпадет по фазе с током перезаряда конденсатора, то общий ток будет возрастать. Так как в реальной характеристике транзистора I_ст ⁼ f(Uзи) ее крутизна уменьшается при увеличении напряжения на затворе, то рост амплитуды тока стока прекращается и наступает стационарный режим.

Для того, чтобы в схеме возникли незатухающие колебания, необходимо выполнение двух условий, которые получили название: баланс амплитуд и разность фаз.

Рисунок 1

Рисунок 2

Баланс амплитуд определяет величину коэффициента обратной связи для возникновения колебаний. Коэффициент обратной связи - это отношение напряжения, поданного в цепь обратной связи, к напряжению на колебательном контуре, к которому подключается цепь обратной связи

Кос⁼ Uзи/Uк

Колебания в генераторе возникают и переходят в стационарный режим, если выполняется условие:

Кос⁼ 1/Scp *Z_K ,

где Sср – средняя крутизна характеристики транзистора I_ст ⁼ f(Uзи),

Z_P – резонансное сопротивление колебательного контура.

Условие разности фаз определяет фазовые соотношения в схеме. Ток стока будет возрастать, если напряжение, поданное на затвор транзистора будет уменьшаться, а напряжение стока увеличиваться. Следовательно, напряжение стока и затвора должны находиться в противофазе.

Для облегчения процесса колебания необходимо уменьшать величину Кос Величина Z_P определяется параметрами колебательного контура и зависит от частоты генерируемых колебаний. Поэтому уменьшение Кос возможно только за счет увеличения крутизны характеристики Sср. Для этого необходимо, чтобы в момент включения схемы на затвор транзистора было подано небольшое отрицательное напряжение, обеспечивающее достаточную величину тока стока для возникновения колебаний . На рисунке 2 этот режим определен точкой А на характеристике транзистора. Это напряжение создается источником смещения в цепи затвора.

При первоначальных колебаниях переменное напряжение на затворе мало и ток стока не будет иметь отсечки. С увеличением амплитуды тока стока, а следовательно и тока в цепи истока, на сопротивлении R_и создается падение напряжения, которое увеличивает отрицательное напряжение, приложенное к затвору транзистора. Появляется отсечка тока стока. При работе с отсечкой тока стока генератор имеет более высокий коэффициент полезного действия. С появлением отсечки тока крутизна характеристики транзистора уменьшается, наступает стационарный режим.

Такой процесс установления колебаний принято называть «мягким» режимом.

Сопротивление R_и, зашунтированное конденсатором С_и, при установлении колебательного процесса служит для создания автоматического смещения в цепи затвор-исток (Есм) – величина смещения зависит от тока истока.

Аналогично автоматическое смещение можно создать, включив сопротивление в цепи затвора. Падение напряжения на нем будет создаваться током затвора.

Если смещение на затворе выбрано таким образом, что ток стока практически равен нулю Iст ~ 0, то для возникновения колебаний необходимо увеличивать обратную связь, чтобы подать на затвор переменное напряжение достаточно большой величины. Такой процесс возникновения колебаний называют "жестким". В этом режиме ток стока изменяется скачком от нуля до значения, соответствующего стационарному режиму.