АГ. Уравнения стационарного режима. Условия устойчивости возбуждения. Стабильность частоты.

АГ – нелинейное устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию РЧколебаний.

В отличие от других РЧустройств колебания возникают самостоятельно при отсутствии внешних возбудителей.

Состав АГ: ИП, активный элемент, колебательная система, цепь ОС.

В настоящее время АГ выполняют в большинстве случаев на ПП-элементах, в частности на транзисторах.

В диапазоне СВЧ иногда применяют диодные генераторы на основе туннельных диодов, Ганна, лавинных.

Такое применение определяется низким напряжением питания и, соответственно, пониженной рассеиваемой мощностью на колебательной системе, что повышает стабильность часты и долговечность элементов.

На практике применяют 3хточечные схемы:

Z4 применяется в СВЧ-диапазоне д/компенсации фазового сдвига на частотах, близких к граничной частоте транзистора. Остальные элементы образуют колебательную систему и цепь ОС.

Для анализа режима работы АГ наиболее часто пользуются методом Кобзаря, суть которого: заменяются соотношения между токами и напряжениями в схеме АГ соотношениями их первых гармоник. Основа такого предположения – гармонический характер тока и напряжения на коллекторе и базе, соответственно определимы высокой добротностью элементов колебательной системы (Z1,2,3).

Поэтому транзистор считаем квазилинейным, его анализ производится как квазилинейного 4хполюсника. А вся колебат.система считается линейным 4хполюсником.

В результате решения системы уравнений (соотношения токов и напряжений) можно получить 2 уравнения:

Для простых устройств n=0, тогда баланс фаз тоже =0. если n≠0, то колебание в цепи ОС запаздывает на период, два и т.п…

В уравнении баланса амплитуд амплитуда колебания зависит только от ср.крутизны и уравнение выполняется только при определённой амплитуде колебания.

Во втором уравнении каждый из фазовых сдвигов зависит от частоты, поэтому существуют конкретнее значения частоты , при которых это уравнение выполняется.

Оба уравнения взаимосвязаны, т.к. параметры зависят как от амплитуды, так и от частоты.

В общем случае необходимо учитывать нелинейность характеристики электронного перехода, т.к. токи, протекающие по нему, малы.

; - коэф., зависящий от угла отсечки.

В зависимости от режима работы транзистора можно получить разные значения средней крутизны как функции от напряжения базы.

Если смещение на эмиттерном переходе Uбэ>U’ – напряжения отсечки, то

в т.А выполняется уравнение баланса амплитуд, и эта зависимость соответствует мягкому режиму возбуждения. В этом режиме стационарный режим оказывается устойчивым, а режим покоя (Uбэ=0) – неустойчивым. Соотв-но, АГ самовозбуждается.

Если Uбэ<U’, то:

это жёсткий режим, ему соответствует 2 стационарные точки. В данном случае режим в точке А устойчив, в В – нет.

Но в том и другом случае положение равновесия оказывается устойчивым, соотв-но, АГ не может самовозбуждаться, и АГ проектируют так, чтобы этот режим никогда не возникал. (т.к. напряжение в т.В уже перестаёт возрастать)

Высокостабильный генератор используют колебат.системы с высокой добротностью. Это значит, что сопротивления потерь малы, и компенсационные сопротивления Z носят чисто реактивный характер. Коэф-т ОС можно определить:

Можно считать, что коэф.ОС есть веществ.величина, и фазовый сдвиг =0, .

Чем больше крутизна , тем точнее настроен контур, т.е. генерация идёт на частоте ближе к резонансной. На НЧ генерируется частота , с инерционностью можно не считаться и все фазовые сдвиги будут = 0.

При этих допущениях колебания возникнут тогда, когда Х1+Х2+Х3=0 – отсюда можно вычислить частоту колебаний.

Помимо этого в 3х-точечной схеме условием возбуждения колебаний является система неравенств:

При этом необходимо, чтобы в начальный момент времени (Uбэ=0) выполнялось неравенство:

Эти условия выполняются для двух схем (индуктивной и емкостной трёхточек):

Нестабильность частоты АГ:

-один из основных параметров. Он особенно важен для ЭМсовместимости с другими радиоэлектронными средствами. Нестабильность частоты характеризуется её тносительным зменением.

Виды нестабильности: долговрем., кратковрем.

Долговременная связана с медленными изменениями частоты АГ из-за изменения температуры, давления, влажности, напряжения ИП и т.д.

Кратковременная (меньше 1 сек.) связана с быстрыми флуктуациями частоты, вызванными тепловыми и дробовыми шумами.

Помимо этого активный элемент АГ обладают своими реактивными параметрами. При изменении напряжения источника питания изменяются параметры транзистора, соотв-но, измен.частота.

Для того, чтобы исключить эти изменения, напряжения питания стабилизируют, а для исключения изменения параметров контура применяют термокомпенсацию, термостатировние. В критических ситуациях в термостат помещают весь АГ.

Термокомпенсация: включют конденсаторы с разными коэф-ми для компенсации отклонения частоты:

термостатировние: поддержание постоянной температуры, давления…. При этом температура д.б. больше максимальной рабочей (45 или 75 обычно). Т.е. система всегда работает на подогрев.