Генераторы с самовозбуждением

(автогенераторы).

Автогенераторы (АГ) преобразуют энергию постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний. АГ генерирует незатухающие колебания заданной частоты. АГ определяет стабильность всего радиопередающего устройства.

Схема АГ с индуктивной ОС

Если на колебательный контур подать скачек напряжения, например при включении питания, то в контуре возникают свободные колебания. За счет потерь в контуре, а так же за счет связи с нагрузкой эти колебания являются затухающими. Чтобы колебания были незатухающими необходимо компенсировать активные потери за счет энергии летящих электронов, которые в свою очередь получают энергию от постоянного источника анодного питания. Усилительный прибор поворачивает фазу колебаний на . Чтобы электроны прилетали синфазно со свободными колебаниями необходимо повернуть на и сигнал, который подается с выхода на вход за счет ОС и который модулирует поток электронов по плотности.

Энергия электронов должна быть достаточной для компенсации активных потерь в контуре. Чтобы усилитель мощности стал АГ должны выполняться 2 условия:

1. Баланс амплитуд

2. Баланс фаз

При выполнении условия 1 , где -коэффициент усиления лампы, - коэффициент передачи обратной связи, активные потери компенсируются и в контуре поддерживаются незатухающие колебания. Если это произведение будет >1, то колебания будут нарастать, усилитель мощности будет неустойчив и может сгореть. Если это произведение <1, то колебания затухают.

Условие баланса фаз (колебания усиленные усилительным прибором приходят в фазе со свободными колебаниями в контуре). Для выполнения условия баланса фаз, катушки в цепи обратной связи должны быть включены встречно. В данной схеме применяется последовательное питание анода и сетки. В цепи сетки включена цепочка автосмещения, которая в начальный момент времени, когда возникают колебания, не влияет на положение рабочей точки, а по мере нарастания колебаний и появления сеточного тока рабочая точка смещается в область отсечки. Связь колебательной системы и анода усилительного прибора – автотрансформаторная. Такая связь не характерна для ламповых схем. Неполное включение обычно применяется в транзисторных схемах.

В схеме автогенератора с автотрансформаторной обратной связью (б), баланс фаз осуществляется за счет подключения базы и коллектора к противоположным концам катушки контура. В ней используется неполное подключение усилительного прибора колебательного контура с тем, чтобы малое выходное сопротивление транзистора не шунтировало колебания в колебательном контуре. В транзисторных схема выбор положения рабочей точки осуществляется как с помощью автосмещения, так и с помощью принудительного смещения. В схеме с емкостной обратной связью (в), коллектор и база подключаются к противоположным концам цепочки, состоящей из С₄С₅. Средняя часть цепочки заземлена по высокой частоте. Цепочка С₄С₅ создает сдвиг по фазе равный . Колебательная система такого автогенератора представляет собой параллельный колебательный контур, собственная частота колебаний которого определяет частоту генерируемых колебаний. Связь контура с нагрузкой – емкостная, через делитель С₁ С₂. В данной схеме применяется принудительное смещение рабочей точки с помощью дополнительного источника питания. Возможны 2 режима самовозбуждения автогенератора:

- мягкий

- жесткий

Мягкий режим

где I U_вых = f(U_вх)

II U_вх = f(U_вых).

Линия II характеризует обратную связь, а линия I – зависимость выходного напряжения от входного. В точке А эти характеристики пересекаются в ней выполняется условие баланса амплитуд и баланса фаз. При подаче маленького скачка входного напряжения U_вх1 на выходе появляется напряжение U_вых1, которое за счет обратной связи подается на вход в виде напряжения U_вх2. Это напряжение вызывает появление напряжения на выходе U_вых2, которое по величине больше чем U_вых1. Колебания нарастают до значения U_выхА, которое соответствует установившемся колебаниям в колебательном контуре. Точка А называется точкой устойчивого равновесия.

Мягкий режим самовозбуждения требует незначительного скачка, например при включении питания. Но колебания происходят в режиме колебаний первого рода, который характеризуется малым КПД.

Жесткий режим

Если скачек на входе меньше чем U_вхВ, то колебания затухают. Точка В называется точкой квазиустойчивого состояния т.е. в ней выполняется условие баланса амплитуд, но не выполняется условие баланса фаз. Если скачек больше, чем U_вхВ, то колебания на выходе нарастают до состояния устойчивого равновесия, соответствующего точке А.

Жесткий режим самовозбуждения возможен только в режиме колебаний второго рода, который характеризуется высоким КПД, но требуется большой начальный скачек для возникновения колебаний. Для того чтобы соединить достоинства обоих режимов самовозбуждения применяется цепочка RC, которая так же является цепочкой автосмещения. В начальный момент времени при подаче маленького скачка, тока сетки нет и падения напряжения на цепочке RC так же нет, следовательно, наблюдается мягкий режим самовозбуждения. Когда колебания начинают нарастать появляется сеточный ток и рабочая точка смещается в режим отсечки, т.е. усилительный прибор переходит в режим колебаний второго рода, который характеризуется высоким КПД.

Автогенераторы,

собранные по схеме одноконтурной “трехточки”

"Трехточкой" называется схема в которой колебательный контур подсоединен к трем точкам усилительного прибора (коллектор, эмиттер, база). В "трехточечных" схемах для самовозбуждения должны выполняться 3 условия:

- баланс амплитуд

- баланс фаз

- чтобы колебания происходили на заданной частоте, сумма сопротивлений Z₁+ Z₂+ Z₃ = 0

Чтобы выполнялось условие баланса фаз, т.е. коэффициент обратной связи был положительным Z₁ и Z₂ должны иметь одинаковый характер. Т.е. если Z₁ является индуктивным, то и Z₂ должно быть индуктивным. Полученная схема называется индуктивной "трехточкой". Чтобы выполнялось условие самовозбуждения на заданной частоте сопротивление Z₃ должно носить емкостной характер.

Если сопротивление Z₁ носит емкостной характер, то и Z₂ должно носить емкостной характер, чтобы коэффициент обратной связи был положительным.

Полученная схема называется емкостной "трехточкой". Чтобы выполнялось условие самовозбуждения на заданной частоте Z₃ должно носить индуктивный характер.

Емкостная "трехточка"