Автогенераторы

Рассмотренный выше генератор требует для свой работы внешнее возбуждение. Вместе с тем существует класс генеаторов, в которых возникновение колебаний не связано с каким-либо внешним воздействием. Такие устройства называются автогенерато­рами.

Рассмотрим вначале процессы в схеме на рис. 2.7. Если в отсутствие в LC-контуре колебаний ключ К перевести в положение 2, конденсатор С зарядится до напряжения источника U, получив некоторое количество энергии. При переводе ключа в положение 1 в контуре возникнут свободные затухающие колебания, описываемые линейным дифференциальным уравнением второго порядка (2.1)..

2 К 1

Рис. 2.7. Упрощенная модель автогенератора

(2.1)

где - декремент затухания, -резонансная частота контура. Решение этого уравнения - затухающая косинусоида

.

Чтобы колебания не затухали (из-за наличия сопротивления потерь ), будем периодически в такт с колебательным процессом подключать конденсатор С к источнику U.. В результате конденсатор будет постоянно порциями подзаряжаться от источника, пополняя свою энергию. За счет этого колебания в контуре станут незатухающими.

Таким образом, для поддержания в контуре колебаний необходимо синхронное с ними переключение ключа К. Для этого необходима цепь управле­ния (цепь обратной связи), передающая соответствующие команды на переключение. Очевидно, источником команд должен быть сам контур, который определяет периодичность колебаний с частотой .

Рассмотренная простейшая схема является упрощенной моделью автогенератора. Практическая реализация этой модели представлена схемами на рис.2.8. Частотно-задающим звеном является LC-контур, источником энергии - источник постоянного напряжения Е_с (или для лампового автогенератора), включенный в цепь стока полевого транзистора VT – рис.2.8,б (или анода лампы – рис.2.8,а). Роль ключа К выполняет транзистор (или лампа). Напряжение u₃ на затворе (или на сетке) управляет током стока I (или ). Переменная составляющая этого тока пополняет энергию контура. Обратная связь обеспечивается катушкой связи , индуктивно связанной с катушкой контура . Степень обратной связи определяется коэффициентом обратной связи K=u_c/u_k. Таким образом, все необходимые для генерации элементы, опре­деляемые упрощенной моделью автогенератора (рис. 2.7), находим в принципи­альных схемах на рис. 2.8,а,б. Однако для генерации колебаний необходимо еще выполнить определенные условия, которые нужны, во-первых, для появления колебаний (баланс фаз) и, во-вторых, для поддержа­ния возникших колебаний с определенной амплитудой и частотой (баланс амплитуд).

а б

Рис.2.8. Схемы автогенераторов

Процессы в таких автогенераторах описываются нелинейным дифференциальным уравнением второго порядка [см. лекцию 15 Волощука]

(2.2) S(u)=di_a(u)/du =S₀(1-u²/U_m²)– крутизна ВАХ лампы или транзистора (см.рис.2.9).

Рис.2.9. Аппроксимация ВАХ

и ее крутизны

Из (2.2) следует, что автоколебания могут возникнуть при

(2.3)

откуда или , где , .

Две схемы трехточечных автогенераторов показаны на рис. 2.10. В схеме рис. 2.10,а применена автотрансформаторная связь (индуктивная трехточка): на вход усилителя подается часть напряжения с контура при помощи отвода от катушки в точке т.

Рис.2.10. Схемы автогенераторов

В схеме рис. 2.10, б применена емкостная связь (емкостная трехточка). Полная емкость контура образована включенными последовательно конденсаторами С1 и С2, а на вход усилителя подается напряжение с конденсатора С2. Усиленные колебания подаются в контур через конденсатор С_р, а питающее напряжение на усилительный элемент подается через сопротивление R_n. Во всех схемах между управляющим электродом усилительного элемента и общей точкой включено сопротивление R_c. Это сопротивление способствует стабилизации амплитуды генери­руемых колебаний. Проходящий по нему ток создает падение напря­жения. При возрастании амплитуды тока через сопротивление R_c па­дение напряжения на нем увеличивается - изменение напряжения смещения на управляющем электроде уменьшает усиление. При уменьшении амплитуды колебаний это напряжение уменьшается, а усиление возрастает, что способствует восстановлению первона­чальной амплитуды колебаний.

Генераторы с обратной связью для диапазонов дециметровых и сантиметровых волн, в принципе, не отличаются от описанных. Они отличаются только конструкцией колебательного контура, а в случае наиболее коротких волн - также типом усилительного элемента. На дециметровых и сантиметровых волнах используют­ся короткозамкнутые отрезки коаксиальных или микро полосковых линий и волноводов и объемные резонаторы. В мощных усилителях сантиметровых волнах применяют клистроны и лампы бегущей волны.

При необходимости в генераторе с высокой стабильностью часто­ты предпочтение отдается усилительным элементам минимальной мощности; в них выделяется соответственно мало тепла, что облег­чает стабилизацию температуры генератора, которая представляет одно из условий постоянства частоты. Широко применяются мало­мощные биполярные и полевые транзисторы.

Дата добавления: 2014-10-17