Генератор с автотрансформаторной обратной связью

Обобщенная трехточечная схема

ТРЕХТОЧЕЧНЫЕ LC-АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Схемы одноконтурных автогенераторов (с трансформаторной, автотрансфор­маторной и емкостной обратной связью) и большинство других, более сложных схем, могут быть приведены к упрощен­ной, так называемой трехточечной схеме (рисунок 11.1). Такое обобщение упрощает анализ и помогает при составлении схем автогенераторов. Оно возможно благодаря общим требованиям к схемам автогенераторов, заключающимся в обязательней выполнении условий самовозбуждения (баланс фаз, баланс амплитуд).

Рисунок 11.1 – Обобщенная трехточечная схема АГ.

В обобщенной схеме колебательная система, состоящая из трех реактивных сопро­тивлений Х_кб, Х_бэ, Х_кэ (активными сопротивлениями в большинстве случаев можно пренебречь), подключена к транзистору в трех точках: к, б, э, что определило название схемы. От­дельные элементы колебательной си­стемы могут быть конденсаторами, катушками или более сложными элект­рическими цепями, например расстроен­ными параллельными контурами. Усло­вимся также, что сопротивления Х_кб, Х_бэ, Х_{кэ ь} включает в себя индуктивности соединительных проводов, междуэлект­родные емкости, емкость монтажа и т. д. Таким образом, колебательная система приводится к контуру, состоящему из трех реактивных сопротивлений, по ко­торым протекает контурный ток . В такой схеме автогенератора колеба­ния могут возбудиться на собственной частоте данного контура f₀ (точнее, на очень близкой к ней частоте), опреде­ляемой из условия резонанса, т. е.

Контурный ток создает колебательные напря­жения и , кото­рые для выполнения условия баланса фаз должны быть противофазными, что возможно только, когда реактивные сопротивления Х_бэ и Х_кэ имеют одина­ковый характер (знак). Характер третьего сопротивления Х_кб должен быть противоположным характеру первых двух сопротивлений, образующих контур, иначе резонанс в контуре будет невозможным

Правильно составленная схема автогенератора должна обеспечивать выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд на частоте, близкой к собственной частоте колебаний в контуре. Необходимый для самовозбуждения коэффициент передачи цепи обратной связи, обеспечивающий выполнение условия баланса амплитуд, определяется соотношением:

,

а при самовоз­буждении на частоте, близкой к f₀ удовлетворяется также условие

.

Коэффициент при самовоз­буждении должен быть вещественным и положительным, т. е. (Х_БЭ/Х_КЭ)>0, а это еще раз подтверждает, что реактив­ные сопротивления Х_БЭ и Х_кэ обязатель­но должны быть одного знака.

Можно составить два варианта трех­точечных схем: ндуктивную (рис. 11.2), в которой напряжение обратной связи снимается с катушки L1, и емкостную (рисунок 11.3), в которой это напряжение снимается с конденсатора С1.

Рисунок 11.2 – Индуктивная трехточка.

Рисунок 11.3 – Емкостная трехточка.

Сравнивая рисунки, убеждаемся, что генератор с автотрансформаторной обратной связью представляет собой индуктивную трехточечную схему, а генератор с емкостной обратной связью емкостную трехточечную схему.

Получение почти синусоидальных автоколебаний, несмотря на то, что контур автогенератора настроен на частоту, близкую к , и выделяет колебания основной гармоники, в выходном напряжении все же содержатся составляющие с частотами высших гармоник, приводящие к искажению формы выходных колебаний по сравнению с синусоидальной формой.

Высшие гармоники подавляют в основном за счет резонансных свойств контура выходной цепи. Известно, что чем выше добротность контура, тем острее его АЧХ и лучше фильтрация колебаний с частотами, отличающимися от резонансной. Однако получить вы­сокую добротность контура в автогенераторе, особенно транзисторном, трудно. Поэтому принимают дополнитель­ные меры к подавлению высших гар­моник. К ним относятся следующие:

подключают нагрузку к индуктивной ветви выходного контура, так как токи высших гармоник в основном проходят через емкостную ветвь, имеющую для них меньшее сопротивление;

применяют многоконтурные выход­ные цепи, в которых фильтрующие свойства одного контура дополняются и усиливаются другими контурами;

применяют двухтактные автогенера­торы, обеспечивающие эффективное по­давление гармоник;

включают дополнительные заграж­дающие фильтры (в автогенераторах, работающих на одной частоте), наст­роенные на n -ю гармонику;

применяют в выходных цепях диапа­зонных автогенераторов фильтры нижних частот, пропускающие основные коле­бания рабочего диапазона и ослабляю­щие все гармоники;

выбирают в усилительных каскадах, следующих за автогенератором, углы отсечки коллекторного (анодного) тока = 90°, так как при этом в импульсе то­ка отсутствуют высшие нечетные гар­моники.

Принципиальная схема та­кого автогенератора изображена на рисунке 11.4.

Рисунок 11.4 - Принципиальная электрическая схема автогенератора с

автотрансформаторной связью.

Схема содержит колебатель­ный контур второго вида L1C4, к трем точкам которого к, э, б соответст­венно подключены коллектор, эмиттер (через блокировочные конденсаторы большой емкости С1, СЗ) и база (через разделительный конденсатор С2) транзистора VТ. Начальное смещение на базе транзистора задается делителем напряжения R1, R2. Элементы RЗ, СЗ образуют цепь автосмещения, создавае­мого падением напряжения на резисто­ре RЗ при протекании по нему посто­янной составляющей эмиттерного тока.

Напряжение обратной связи снимается с части витков катуш­ки L1, которая одновременно служит делителем напряжения U_кБ, действую­щего на контуре. Как видно из схемы, условие баланса фаз выполняется пото­му, что напряжение U_ъэ всегда изме­няется в противофазе с переменным напряжением на коллекторе . В этом можно убедиться, рас­смотрев направление токов в ветвях контура L1С4. Индуктивность катушки L1 в точке э делится на L_кэ, образующую левую (индуктивную) ветвь контура, и на U_БЭ, которая с конденсатором С4 образует правую (емкостную) ветвь. Так как токи i_L и i_С в ветвях параллель­ного контура в любой момент времени противоположны по направлению, на­пряжения U_бэ и U_кэ противофазны.

Дата добавления: 2014-11-06