Генерирование гармонических колебаний, страница 7

          Установлено, что если контуры обладают расстройкой (), то основное влияние на частоту генератора оказывает изменение параметров того из контуров, частота которого ближе к резонансной частоте эквивалентного контура. Поэтому для исксственного повышения стабильности частоты автогенератора используется высокодобротный эталонный контур, который определяет частоту генерации, а второй (нагрузочный) контур настраивается на частоту более высокую, чем частота эталонного контура.

          В качестве эталонного контура часто применяется кварцевый резонатор (см. п. 11.5). Наиболее распространенная схема кварцевого генератора приведена на рис.11.23. Реактивное сопротивление кварцевого резонатора имеет индуктивный характер (). В емкостной трехточке кварцевый резонатор включают в качестве элемента .

          Более подробное изучение кварцевой стабилизации и кварцевых генераторов представляет собой одну из задач радиопередающих устройств.

11.8. -генератор с внутренней ОС

Для автогенератора с внутренней ОС появление в контуре отрицательного сопротивления связано с подключением к нему, например, туннельного диода (рис. 11.24, а). Выберем  так, чтобы рабочая точка оказалась на участке ВАХ диода с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис. 11.24, б). Воспользуемся параллельной схемой колебательного контура (рис. 11.24, б). Тогда для режима самовозбуждения из (11.3)

.                                                              (11.32)

Для стационарного режима

,                                                    (11.33)

где  – среднее по первой гармонике тока сопротивление диода на рабочем участке.

а                                               б

Рис. 11.24

Амплитуду  генерируемых колебаний в стационарном режиме можно определить из графика рис. 11.25, а как абсциссу точки А, где выполняется условие (11.32). Ее можно определить также из графика рис. 11.25, б в точках пересечения (2 и 3) ВАХ с нагрузочной прямой

.

а                                     б

Рис. 11.25

Действительно, если вычислять амплитуду тока первой гармоники  по формуле трех ординат, то в установившемся режиме

и

.

На рис. 11.26, а приведено семейство кривых , параметром которого служит напряжение смещения  (< << < ).

При изменении смещения  будет изменяться    и , а следовательно, амплитуда  колебаний генератора. При этом возникновение и срыв колебаний будут происходить «жестко» (рис. 11.26, б). Пусть смещение было , ему соответствовал стационарный режим генерации с амплитудой  (точка  на рис. 11.26, а). Увеличиваем смещение до  (точка  на рис 11.26, а), дальнейшее хотя бы малейшее увеличение смещения приведет к нарушению условия (11.33) стационарного режима, т.е.  станет больше  и колебания скачком срываются с амплитуды  до нуля (рис 11.26, б). При уменьшении смещения генерация возникнет только при выполнении условий самовозбуждения (11.32), которое достигается лишь при . При этом амплитуда колебаний скачком нарастает до значения  (точка С на рис. 11.26, а). Так объясняется наличие области «гистерезиса» в правой части графика на рис. 11.26, б. Аналогичная область  есть  и  слева,  но она более узкая  из-за  несимметричности ВАХ диода.

                                         а                                    б

Рис. 11.26

Частота генерируемых колебаний в соответствии с (11.7) изменяется в процессе установления колебаний и в установившемся режиме будет

  .                                             (11.34)

Преимуществом туннельного диода является весьма небольшое по величине отрицательное сопротивление (порядка 10… 200 Ом), а потому условие самовозбуждения  (11.32) выполняется в весьма широких диапазонах сопротивлений контура и частот, вплоть до СВЧ. В качестве емкости контура в генераторах СВЧ обычно используется собственная емкость диода  (несколько десятков пикофарад). Генератор прост и надежен, но, к сожалению, имеет малые значения амплитуды и мощности генерируемых колебаний. Для улучшения формы генерируемых колебаний осуществляют согласование внутреннего сопротивления диода с сопротивлением контура путем частичного включения последнего.