Электронные генераторы. Схемы LC-автогенераторов, страница 2

На выходных характеристиках транзистора (рис.1.3) Uкэminэто то минимальное напряжение на коллекторе, при котором ток в коллекторной цепи равен Ikmaxпри Iб=Iбmaxи Roe=Roekp. Эти параметры соответствуют критическому режиму работы. Импульс коллекторного тока имеет несколько затупленную вершину и максимальную величину (рис.1.4 диаграмма 1). В этом режиме при максимальном значении мощности, выделяемой в колебательном контуреPkk, нелиенейные искажения минимальные. При Roe>RoekpUкэ>Uкэ minи транзистор переходит в режим насыщения, потери в контуре увеличиваются, что приводит к появлению провала в вершине импульса коллекторного тока (рис.1.4 диаграмма 2). Это перенапряженный режим, при котором нелинейные искажения максимальны.

Если Roe<Roekp, то Uкэ<Uкэ minи транзистор работает в недонапряженномрежиме, при этомIk<Ikmax, что приводит к уменьшению Pkk(рис.1.4, диаграмма 3).

Колебательную мощность, выделяемую в контуре, вычисляют по формуле:

Pkk = 0.5Ik1Ukm = 0.5Ik1^2*Roe

Мощность, потребляемая коллекторной цепью от источника питания,

Pо=Ikо*|Ek|,

где Ikо=aоIkmax- коэффициент разложения; Ek-напряжение источника питания.

Коэффициенты разложения являются функциями угла отсечки Q (a=f(Q)), и определяют их по соответствующим таблицам и графикам. С помощью коэффициентов разложения можно найти амплитуду любой гармонической составляющей тока. Например, Ik1= a1Ikmaxи.т.д.

Мощность рассеиваимая на коллекторе,

Ppac=Pо-Pkk.

Коэффициент полезного действия коллекторной цепи

КПДк=Pkk/Pо.

LC-генераторы с самовозбуждением

LC-генераторы с самовозбуждением, которые генерируют электрические колебания без какого-либо управляющего воздействия, то есть работают в автоколебательном режиме, называют автогенераторами.

В автогенераторах при отсутствии входного сигнала на выходе появляется выходной сигнал. Это становится возможным при бесконечно большом кэффициенте усиления схемы.

Выполняют LC-автогенераторы на основе однокаскадных усилителей с колебательным контуром  в цепи положительной обратной связи (ОС). Цепь положительной ОС служит в генераторе для компенсации потерь. Благодаря ей получают незатухающие выходные колебания.

Таким образом, автогенератор представляет собой усилительное звено с коэффициентом усиления К, охваченное положительной ОС с коэффициентом передачи по напряжению Е (рис.1.5).

Для автогенератора справедливы следующие соотношения:

Uвых = К U о.c. , Uо.c = Uвх,

Uо.c. = EUвых, Uвых = KEUвых,

что возможнопри КЕ = 1.                                                                           (1.1)

KE = 1 - основное условие существования в схеме установившихся колебаний.

Если учесть, что KE- величина комплексная, то условие (1.1) можно записать в виде:

KE*e^j(jk +jE) = 1               (1.2)                                                                    

или      jk+jE=2Пn,               (1.3)

KE = 1.                                   (1.4)

Выражение 1.3 отражает баланс фаз , то есть сдвиг фаз в замкнутой автоколебательной системе должен быть равен n(n = 0,1,2,...).

Выражение 1.4 показывает баланс амплитуд. Для существования автоколебаний ослабление сигнала в цепи должно быть скомпенсировано в усилительном звене К .

Условия баланса фаз и амплитуд должны соблюдаться на частоте резонанса контура fр , иначе генерации не будет.

Режимы самовозбуждения автогенераторов.

Автоколебания в генераторах могут возникать при различных режимах самовозбуждения - мягком или жестком.

В мягком режиме автоколебания развиваются при появлении на выходе усилителного звена бесконечно малого сигнала, который может возникать за счет напряжения шумов усилительного элемента.

Процесс развития автоколебаний в мягком режиме представлен на рис.1.6.

Когда на выходе усилительного звена появляется небольшое напряжение Uвх1, то это напряжение усиливается звеном К до напряжения Uвых1. В свою очередь напряжение Uвых1, ослабленное в звене обратной связи в Е раз, опять попадает на вход усилительного в виде напряжения Uвх2.;процес повторяется пока не установится равенство К=Е и на выходе генератора не появится напряжение Uуст.

Так как амплитудная характеристика нелинейна из-за нелинейности характеристик самого усилительного элемента, то коэффициент усиления К уменьшается при значительном увеличении Uвх. Поэтому для поддержания процесса автоколебаний общая запись условия баланса амплитуд будет иметь вид:

KE >=1.

Здесь отражено и развитие автоколебаний и установившийся процесс.