Покровский / УМК ОРЭ ч.1(для студентов) / Радиоэлектроника(часть1) / Ответы(часть1)№29-30

Автогенераторы - 3 -

Режимы самовозбуждения автогенераторов

Чтобы выявить особенности самовозбуждения автогенератора и определить стационарную амплитуду выходных колебаний, наиболее удобно использовать метод совместного анализа (предложен автором) амплитудной характеристики собственно усилителя K и прямой линии ОС β = U_ос/U_вых, отражающей влия­ние цепи положительной ОС (рис. 5.4). Отметим, что амплитудная характери­стика собственно усилителя в теории автогенераторов соответствует колеба­тельной характеристике. Сущность метода традиционна и заключается в том, что схему автогенератора (см. рис. 5.2) мысленно (и по существу) разделяют на две цепи — линейную и нелинейную. Линейная цепь представляет собой пет­лю положительной ОС, а нелинейная цепь — собственно усилитель (ОУ и цепь отрицательной ОС).

Мягкий режим самовозбуждения

Обратимся к типичному виду амплитуд­ной характеристики нелинейного усилителя, созданного на ОУ (рис. 5.4, а). Из графика следует, что при малой амплитуде входного напряжения усили­тель работает в линейном режиме и U_вых/U_вх = K. С ростом же этой амплиту­ды начинает проявляться нелинейность передаточной характеристики ОУ, и коэффициент усиления K (а, значит, и выходное напряжение) будет прак­тически постоянным и даже может уменьшаться. На линейном участке на­пряжение ОС U_oc = U_вх линейно связано с выходным напряжением U_вых и определяется коэффициентом передачи цепи положительной ОС β (ведь U_oc = βU_вых). Это напряжение действует на входе усилителя, поэтому линия ОС (зависимость U_вых от U_oc) проводится на том же графике в виде прямой линии β, под углом γ = arctg(l/β) к оси абсцисс (см. рис. 5.4, а).

Несложный анализ графиков амплитудной характеристики и линци ОС позволяет пояснить возникновение, развитие и установление колебательного процесса в автогенераторе. Графически результат анализа показан стрелками на рис. 5.4, а. Положим, что на вход усилителя воздействует небольшое вход­ное напряжение U_вх1. Тогда после усиления в K раз на выходе генератора появится напряжение U_вых1. Это напряжение, ослабленное цепью положи­тельной ОС в β раз, поступает на вход усилителя в виде напряжения U_вх2. Оно затем, в свою очередь, усилится до напряжения U_вых2. Подобный про­цесс будет протекать до тех пор, пока амплитуда выходного колебания не достигнет стационарного значения, при котором выполняется условие балан­са амплитуд (5.5).

Стационарную амплитуду автоколебаний можно определить по координа­там точки пересечения амплитудной характеристики усилителя с линией ОС (точка А на рис. 5.4, а). Нетрудно показать, что точка А является точкой ус­тойчивого равновесия, и при случайном отклонении амплитуды выходного напряжения от стационарного значения U_ст, автогенератор всегда возвраща­ется в исходное состояние. Допустим, что амплитуда выходного напряжения U_вых уменьшилась относительно U_ст на величину ΔU_вых. Это вызовет сниже­ние напряжения ОС U_oc на значение ΔU_oc, что, в соответствии с амплитудной характеристикой, в свою очередь, приведет к увеличению выходного напря­жения (см. стрелки на рис. 5.4, а). При этом выходное напряжение будет рас­ти до стационарного значения U_ст, а нестабильность напряжения ОС ΔU_oc уменьшится до нуля и перейдет в точку ΔU_{oc ст}.

Исследуем влияние величины коэффициента передачи цепи положитель­ной ОС β на режим самовозбуждения автогенератора с типом амплитудной характеристики собственно усилителя, показанной на рис. 5.4, б. Кстати заме­тим, что изменение величины коэффициента передачи β в схеме рис. 5.2 можно, согласно формуле (5.7), осуществлять либо регулировкой величины сопро­тивления резистора R, либо изменением коэффициента включения колебатель­ного контура (неполным включением).

Если плавно увеличивать коэффициент передачи β (уменьшать наклон ли­нии β), то, начиная с некоторого критического значения β_кр, амплитуда ста­ционарного колебания U_ст будет нарастать (рис. 5.4). Такой режим самовоз­буждения автогенератора называют мягким. Для его обеспечения амплитудная характеристика усилителя должна выходить из нуля и иметь достаточно большой угол наклона к оси абсцисс в начале координат. Мягкий режим ха­рактерен тем, что подбором величины коэффициента передачи β можно ус­тановить любую, даже очень небольшую (близкую к уровню шумов), стацио­нарную амплитуду выходных колебаний. В мягком режиме самовозбуждения на выходе автогенератора возникают колебания при появлении на входе его усилителя очень малых уровней шумовых или импульсных напряжений.

Жесткий режим самовозбуждения

Другая картина процессов наблюдается в процессах в автогенераторах, амплитудная характеристика усилителя которых имеет S-образную форму (рис. 5.5, а). Такой амплитудной характеристикой обладает усилитель при расположении его рабочей точки на нелинейном участке передаточной характеристики ОУ. Для самовозбуждения этих автоге­нераторов требуется очень сильная положительная ОС, и выходные колеба­ния возникают мгновенно — скачком.

Очень резкое «взрывное» самовозбуждение автогенератора происходит при значении коэффициента передачи цепи ОС β = β₁ когда линия ОС (линия 1) касается снизу амплитудной характеристики в точке О. Генерация колебаний срывается скачком при величине коэффициента передачи β, меньшей β₂, когда линия обратной связи (линия 2 на рис. 5.5, а) становится касательной к выпуклой части амплитудной характеристики. На графиках рис. 5.5, а точка А отражает стационарный режим работы автогенератора, а точка С — режим неустойчивого равновесия. Такое положение объясняется следующим обра­зом. При амплитудах выходных колебаний автогенератора, располагающихся на графиках ниже точки С, колебания затухают, а при амплитудах колебаний, находящихся выше точки С, — будут нарастать и достигнут стационарной амплитуды в точке А.

Чтобы вновь возбудить автогенератор, необходимо опять увеличить коэф­фициент передачи цепи положительной ОС β до значения β₁, соответствую­щего положению линии 1. Такой режим самовозбуждения автогенератора на­зывают жестким. На рис. 5.5, б показана зависимость стационарной ампли­туды U_ст от величины коэффициента передачи цепи положительной ОС, причем стрелками показано направление изменения β.

Жесткий режим самовозбуждения автогенератора неэффективен, считается нежелательным и применяется крайне редко.

Литературный источник: [1] страницы 320-322.