Генерирование гармонических колебаний, страница 4

До включения генератора напряжение между истоком и затвором равно нулю. Рабочая точка расположена на наиболее крутом участке ВАХ транзистора, что соответствует мягкому режиму самовозбуждения. В процессе нарастания амплитуды колебаний на контуре и в катушке индуктивности в цепи затвора происходит детектирование колебаний – затворный ток заряжает конденсатор С (рис. 11.14) и смещает рабочую точку влево (рис. 11.15). При правильно выбранной постоянной времени  RC–цепочки

смещение на затворе следит за нарастанием амплитуды колебаний, и переходной процесс в автогенераторе заканчивается установлением стационарного жесткого режима со свойственным ему более высоким кпд.

При  в схеме генератора возникает явление, называемое прерывистой генерацией – генерируется периодическая  последовательность импульсов с высокочастотным заполнением [4].

11.6. Частота генерируемых колебаний

В п.11.3 было показано, что генерация возникает на частоте свободных колебаний (11.7) и в стационарном режиме, когда , совпадает с резонансной частотой контура

.

          Из условия баланса фаз (11.11) следует, что все факторы, оказывающие влияние на фазовые сдвиги  и , влияют и на частоту автогенератора.

          Выше средняя крутизна  НЭ полагалась действительной величиной (). В общем случае средняя крутизна комплексная  и  условие баланса фаз запишется в виде

,                                          (11.20)

где  – аргумент ,  – аргумент сопротивления контура . Комплексный характер крутизне  придают два следующих фактора: инерция носителей (электронов) и неполное подавление контуром высших гармоник тока НЭ. Первый фактор существенно влияет только в генераторах, функционирующих на СВЧ. Второй фактор заключается в следующем. Первые гармоники тока НЭ и напряжения на контуре находятся в фазе, т.к. сопротивление контура чисто активное. Высшие гармоники тока создают на контуре  весьма слабое напряжение, но сдвинутое по фазе на -, ибо контур имеет для них  емкостный характер сопротивления. В результате суммарное напряжение на контуре и, следовательно, входное напряжение, становится негармоническим с несимметричной формой относительно максимального значения, что приводит к асимметрии тока и некоторому сдвигу фазы между током первой гармоники и входным напряжением ().

          Пусть , тогда для баланса фаз потребуется, чтобы

.

          Воспользуемся уравнением фазовой характеристики контура

и полагая достаточно малым углом , получаем

,

откуда

.                                                         (11.21)

          Таким образом, частота генератора отличается на величину  от резонансной частоты контура:.

          Чем выше добротность контура, тем выше его избирательность, тем слабее влияние высших гармоник тока НЭ, тем меньше отклонение частоты .

          Стабильность частоты. Это один из важнейших параметров генератора, характеризующих точность работы систем связи. Нестабильность частоты определяется относительным отклонением частоты под действием дестабилизирующих факторов: = . При  изменение  частоты генерации определяется соотношением (11.21) и может произойти в результате изменения ,  и .

          Как показано выше, фазовый сдвиг   зависит от интенсивности гармоник тока и определяется режимом работы генератора, например, питающим напряжением,  всякое изменение которого приводит к изменению частоты. Если в контуре с добротностью   изменится на , то относительное изменение частоты . Рис. 11.16 иллюстрирует тот факт, что повышением добротности контура можно добиться повышения стабильности: при  одно и то же изменение    вызывает меньшее отклонение частоты .

Итак, в контуре с большей добротностью вследствие большей крутизны его ФЧХ изменение частоты будетeе меньшим, т.е. стабильность более высокой.