Генераторы гармонических колебаний (Самовозбуждение автогенератора. Стационарный режим автогенератора. Мягкое и жесткое условие самовозбуждения. Автосмещение в генераторах. Трехточечные схемы автогенераторов)

 Глава 4.  Генераторы гармонических колебаний

Определение – автогенераторы колебаний , частота и амплитуда которых определяется параметрами схемы .

Как правило , содержит колебательный контур , в котором возбуждаются при __ колебания , близкие к синусоидальным .

Чтобы они не затухали нужно скомпенсировать потери энергии

 

С ростом амплитуды колебаний усиление падает из-за нелинейности и возникает стационарный режим .

Для компенсации потерь нужен источник энергии , усилитель с положительной ОС , чтобы поддерживать колебания

§1 Самовозбуждение автогенератора

простейшая схема

Более  простые соотношения можно получить для полевого транзистора полагая ток затвора равным 0

Уравнения

1) 

2) 

3) 

4) 

5) 

1)  Состояние покоя           

- нагрузочная прямая

2)  Устойчивость

даём некоторое приращение

для них          

       

    

         

При  состояние неустойчиво и от любого толчка начнется процесс самовозбуждения

Условия самовозбуждения 

        1)  

;2)

 коэффициент ОС, для sin режима

  Иначе    

     

                   §2 Стационарный режим автогенератора

 

                примем

для частоты  схема:

 

Кроме тривиального решения:

  есть ещё:

Это уравнение с 2-мя неизвестными  эквивалентно двум уравнениям

,

1)-уравнение баланса фаз

2) -уравнение баланса амплитуд

Можно записать при

               

;               

        

    

             

    ;

    точно  

Условия самовозбуждения

       §3 Мягкое и жесткое условие самовозбуждения

Зависит от выбора рабочей точки

1)    

  надо найти

 При аппроксимации полиномом можно проще

            

такая характеристика   и зависимость  от соответствуют

режиму возбуждения  называемому мягким.

Жесткий режим

для аппроксимации вблизи   требуется больше членов

четные степени не дают основные гармоники

При и  условие самовозбуждения не выполняются, но при наличии колебаний они могут быть незатухающими .

 Как возбудить эти колебания  Да ,-большим толчком ,а не за счет шумов .

Вопрос -какое из двух возможных амплитуд реализуется А или В.

Ответ -дополнительное исследование устойчивости стационарного режима

 т.е  “А”-стационарный режим

         Достоинства и недостатки

Мягкий режим : +:легче возбуждать ,регулировать амплитуду

                            -: КПД мал(режим А),искажение формы для БПТр

Если учесть зависимость  от ,то при ()

сопротивление транзистора -режим КЗ

Способы борьбы-уменьшить  и :

§4. Автосмещение в генераторах

Схема с автосмещением на полевом транзисторе .

                       1)Искажение                      

                       2)КПД                                    

                                                                     (рис.18,стр72)  

                       без   

     

 при

                                  условие генерации гармонического сигнала без искажений.

             

                при этом 

-соотношение устойчивого режима

Это равенство может быть нарушено при большой  ,когда

При этом возникает режим прерывистой генерации.

(рис.21,стр73) Причина в том, что за время переходного процесса

Получается большая амплитуда , затем по мере заряда 

Кривая  уйдет ниже -срыв колебаний. Далее емкость разрядится и все повторяется.

Схема на БПТ

Для  БПТ  автосмещение создается чаще за счет ,а не  (в остальном аналогично).

С ростом амплитуды  растет  -падает 

§5 Трехточечные схемы автогенераторов.

Схема для ~ тока в стационарном  режиме

,

 на резонансной частоте

                             

Индуктивная трехточка                                                        Емкостная трехточка

        (хартлея)                                                                          (Колнитца)

                                              

                                                                                       

                                                                         

                                               

                                                                                    

                  уравнение баланса амплитуд

условие самовозбуждения    

                              Цепи питания автогенераторов

Последовательные

                              

параллельные

                    

                                                    

§6 Стабилизация частоты автогенератора

Стабильность зависит от  Q

                    

               

если учесть  r ,то    

  из-за 

тогда      

       

  -относительная нестабильность.

                           Использование кварца

Используется  :

а)электрострикция

б)пьезоэффект

При  подаче  U возникает деформация напряжение .Возникает механические колебания с частотой .

При  -резонанс

Эквивалентная схема:

Инд. 3-х точка                                                                      Емк. 3-х точка

                                              

Другой вариант -кварц в цепи ОС

 Стабильность этой схемы и кварцу легче

§7    RC автогенератор

1)На НЧ  неудобна-высока

2) Перестраивать плохо т.к      

RC без  L

Строят  по принципу RC  усилитель с частотно-зависимой ОС.

 1)                                                                                                                                                                                                                                                                                                

 2)

=const 

Цепь ОС

1)

 

1 звено   

        от  0 до   нужен

                          

2)

 

  

                             

       Схема д.б.такой что             

        На ОУ

                                                       

При  можно сделать узкополосный усилитель