Преобразование сигналов в нелинейных электрических цепях. Спектральная диаграмма воздействия на нелинейный элемент, страница 5

14. Устойчивость. Критерии устойчивости. Условие самовозбуждения автогенератора.

Для определения условий самовозбуждения автогенератора используют линейную теорию, т.к. первоначально возникающие колебания имеют малую амплитуду, затрагивая небольшие участки характеристик, которые можно считать линейными, а параметры постоянными. Возникновение колебаний можно рассматривать как потерю системой устойчивости и процесс самовозбуждения автогенератора рассматривать на основе общей теории устойчивости. В состоянии устойчивости система может быть только стационарной, т.е. система находится в состоянии покоя или периодического колебательного движения. Устойчивой считается та система, в которой будучи выведенной из стационарного состояния кратковременным внешним воздействием (возмущением) оно возвращается в прежнее стационарное состояние. Отсюда вытекает уравнение устойчивости. В уравнение стационарного состояния вводится возмущение и исследуется решение нового уравнения. Если это решение стремится к решению, соответствующему стационарному состоянию, то система устойчива. В противном случае неустойчива. Пусть стационарное состояние описывается уравнением

Х0(t) – ток или напряжение, соответствующее стационарному состоянию

f(t) – воздействие постоянной или периодической функцией времени

am÷a0 - постоянные

Х – возбуждение

Это уравнение можно разбить на два

 - 1ое уравнение

 - 2ое уравнение

1 – уравнение системы в стационарном режиме (до возмущения)

2 – система в свободном режиме

Решение этого уравнения однозначно отвечает на вопрос об устойчивости. Если x(t) будет иметь характер затухания, то колебательная система устойчива.

По 2 уравнению составляем характеристическое уравнение.

(3)

рi –корни ур-я

Для того чтобы сист была устойчивой, все слагаемые должны затухать, слагаемые экспоненты должны быть отриц-ми. Если хотя бы 1 из вещ-х корней или пара компл-х слаг-х будет больше 0 сист потеряет устойчивость. Корни характеристич-го ур-я зав-т от коэф am÷ao и при опред-ой комбинации этих коэф веществ-ой части эти корни получаются отрицательными. Можно устан-ть усл-е которое гарантирует получение уст-х сост-й. Эти усл-я получили название критерия устойчивости. Критерии устойчивости опред усл-е при кот все корни имеют отриц вещ части. Наиболее употребит-ми явл-ся критерии Рауса-Гурвица или Найквиста-Михайлова. Для того чтобы вещ части всех корней хар-го ур-я (3) больше 0, необх и дост-но чтобы были положительны все опред-ли Гурвица.

15. Стационарный режим работы автогенератора. Средняя крутизна. Баланс амплитуд. Баланс фаз.

В процессе нарастания колебаний усиление k-цепи непрерывно изменяется. С ростом амплитуды колебаний усиление k-цепи ↓. Если амплитуда не ↑, это значит, что в автогенераторе установился стационарный режим. Выходное напряжение имеет постоянную амплитуду и форму близкую к синусоидальной. Соотношение между мгновенным значением можно считать линейной. Линейность нарушается при переходе на другую амплитуду и другому стационарному режиму. В стационарном режиме форма тока и напряжения синусоидальны, поэтому можно применить символический метод анализа. Расчет ведется по первым гармоникам тока и напряжения. Генератор состоит из 2х частей: нелинейной (VT) и линейной (контур, катушка связи).

Umk1 – амплитуда 1й гармоники напряж на контуре

Umk1=Imc1·Iэ   (1)

Umз1=Коc·Umk1   (2)

Подставим (2) в (1)

Umз1=Коc·Zэ·Imc1   (3)

Под средней крутизной будем понимать

Sср=Imc1/Umз1

Imc1=Sср·Umз1     (4)

Umз1=Sср·Коc·Zэ·Umз1

Sср·Коc·Zэ=1

В стационарном режиме компл коэф прд по замкнутому кольцу автогенератора = 1.

Sср=Sср·еjφs

Коc=Коc·еjφk

Zэ=Zэ·еjφz

Sср·Коc·Zэ·еj(φs+φk+φz)=1

φskz=0;2π;4π,…,nπ (n=0,1,2,…)  (5)

Sср·Коc·Zэ=1   (6)

(5) – уравнение БФ. Оно означает, что в стационарном режиме сумма всех фазовых сдвигов по замкнутому кольцу автогенератора = 0 или целому числу 2П. Каждый из сдвигов зависит от частоты по-разному. Существует лишь одна частота, на которой выполняется условие БФ, и на которой возможна генерация колебаний.