8.1.2. Стационарный режим работы автогенератора, мягкий и жесткий режимы самовозбуждения
Полученные выражения для напряжения в колебательном контуре справедливы при малых напряжениях в контуре. Однако процесс установления колебаний завершается колебаниями с постоянной амплитудой.
а)
|
б)
|
Рис. 8.2. Схема автогенератора (а) и осциллограммы ее работы (б)
Нарастание колебаний
в схеме автогенератора показано на рис.
8.2,б. Одновременно c
ростом амплитуды автоколебаний, в схеме
за счет базовых токов возрастает и
напряжение смещения, показанное на
рисунке кривой a-b-c-d.
При этом происходит также уменьшение
средней крутизны транзистора и уменьшение
усиления. Таким образом, режим работы
стабилизируется, и это состояние схемы
называют стационарным режимом. Этот
режим является устойчивым. Убедиться
в устойчивости режима можно, построив
колебательную характеристику системы,
т.е. зависимость
,
где
- амплитуда тока в контуре,
-
входное напряжение на усилительном
элементе. Характерный вид колебательной
характеристики показан на рас. 8.3,а.
На начальном участке ток в контуре растет пропорционально увеличению амплитуды входного напряжения, а затем рост замедляется и, с некоторого значения может даже убывать (см. кривую I).
Величина напряжения обратной связи, поступающего на базу транзистора, зависит от величины контурного тока, т.е.
, 
. (8.6)
а) |
б) |
в) |
г) |
Рис. 8.3. К определению режима самовозбуждения автогенератора
Эта зависимость
определяется линейной цепью автогенератора
(линия II на рис. 8.3,а).
Линия II называется линией
обратной связи. Координаты точки
пересечения (точка С) определяют значения
стационарной амплитуды тока в контуре
и напряжения ОС. Из формул (8.6)
видно, что наклон линии обратной связи
зависит от величины
.
Начиная с некоторого положения (линия
0В на рис. 8.3,а)
самовозбуждение в автогенераторе
становится невозможным. Этому положению
на рис. 8.3,б соответствует
значение взаимоиндуктивности
.
С ростом обратной связи (
увеличивается) в схеме растет напряжение
обратной связи и амплитуда контурного
тока. Работа автогенератора в точке С
является устойчивой. Действительно,
если вследствие случайных причин
возросло бы напряжение обратной связи,
то приращения тока в контуре оказываются
меньше, чем это необходимо для поддержания
данной величины напряжения обратной
связи, и наоборот при уменьшении
напряжения обратной связи приращение
тока в контуре получают значения больше,
чем это необходимо для компенсации
уменьшения приращения напряжения
обратной связи. Таким образом, ток и
напряжения в схеме будут возвращаться
к исходным состояниям
и
.
Режим работы автогенератора, показанный
на рис. 8.3,б, при котором
по мере увеличения взаимной индуктивности,
начиная с некоторого значения
,
амплитуда контурного тока плавно
нарастает, называется мягким режимом
самовозбуждения автогенератора.
Мягкий режим
самовозбуждения обеспечивается в
автогенераторе, если колебательная
характеристика выходит из нулевой точки
и имеет большой наклон в области малых
амплитуд. Эти требования выполняются
при использовании автоматического
смещения. При использовании принудительного
внешнего смещения колебательная
характеристика принимает вид, показанный
на рис.8.3,в. Для
возникновения колебаний в этом случае
требуется очень сильная обратная связь
(линия ОА, взаимоиндуктивность
).
После того, как колебания установились,
связь можно ослабить вплоть до величины
,
при которой линия связи занимает
положение 0В. При дальнейшем ослаблении
связи колебания срываются. Для
восстановления колебаний
нужно увеличивать до значения
,
соответствующего линии связи ОА. Такой
режим самовозбуждения называется
жестким. Зависимость стационарной
амплитуды колебаний от величины
показана на рис. 8.3,г.
Стрелками показано направление изменения
.
Если принудительное напряжение смещения
настолько велико, что колебательная
характеристика начинается не с нуля
(пунктирная линия на рис. 8.3,в),
то увеличение обратной связи не может
обеспечить возникновение автоколебаний.
Однако, если с помощью внешних воздействий
вызвать искусственно колебания, то при
достаточно сильной обратной связи они
могут продолжаться как угодно долго и
после прекращения воздействия. Из двух
точек пересечения кривых II
и III точка
является устойчивой, а точка
неустойчивой.