Контрольная работа: Автогенератор с буферным каскадом

При фиксированной частоте w_г K_y является функцией только амплитуды U₁ .

Коэффициент передачи линейного четырехполюсника обратной связи, который в дальнейшем будем называть просто коэффициентом обратной связи, можно выразить через амплитуды U₃ и U₂ :

K_oc (iw)= U₃ / U₂ ,

Но напряжение U₃ , снимаемое с выхода четырехполюсника обратной связи, есть одновременно напряжение U₁ , действующее на входе усилителя. Следовательно,

K_oc (iw)= U₁ / U₂

Сравнивая это выражение с выражением (*), приходим к выводу, что в стационарном режиме автогенератора (когда только и можно пользоваться методом комплексных амплитуд) коэффициенты K_у (iw_г ,U₁ ) и K_oc (iw) являются заимно обратными величинами:

K_у (iw_г ,U₁ )K_oc (iw_г )=1.

Представим комплексные функции K_у (iw_г ,U₁ ) и K_oc (iw_г ) в форме

K_у (iw_г ,U₁ )=К_у (w_г ,U₁ )е^{iy ( w} _г ⁾ , K_oc (iw_г )= K_oc (w_г )е^{i y ( w} _г ⁾ .

Тогда последнее равенство распадается на два условия:

K_у (iw_г ,U₁ )K_oc (iw_г )=1(**)

(***)

Условие (**) называют условием баланса амплитуд: из него следует, что в стационарном режиме полное усиление на генерируемой частоте при обходе кольца обратной связи равно единице.

Условие (***) называют условием баланса фаз. Из чего следует, что в стационарном режиме автоколебаний полный фазовый сдвиг при обходе кольца ОС равен (или кратен) 2pi. Условие баланса фаз позволяет определить частоту генерируемых колебаний w_г .

Существуют мягкий и жёсткий режимы возбуждения колебаний. Режим, когда колебания возникают самопроизвольно, называется мягким. В АГ с мягким возбуждением состояние покоя (состояние с нулевой амплитудой) неустойчиво. Жёстким называется режим, при котором генерация возникает только при наличии внешнего воздействия, создающего колебания с амплитудой, большей некоторого порогового значения.

Отметим одно важное требование, предъявляемое к автогенератору, предназначенному для устройств связи: вырабатываемое им колебание должно быть строго монохроматическим. Любое нарушение монохроматичности, проявляющееся в паразитном изменении амплитуды, частоты или фазы колебания, может служить причиной возникновения помех в канале радиосвязи. Требование монохроматичности включает в себя также и требование стабильности частоты автоколебания.

ВАРИАНТЫ РЕШЕНИЯ ПОСТАВЛЕННОЙ ЗАДАЧИ

Для решения поставленной задачи прежде всего необходимо выдвинуть ряд требований к проектируемому устройству. Так как проектируемый автогенератор относится к классу гетеродинов, то он должен обладать относительно стабильной частотой генерации. Но, нередко за стабильность приходится “доплачивать”. На основе этих критериев я постараюсь предложить различные альтернативные принципиальные схемы автогенераторов.

Вариант 1

Данный вариант обладает высокой стабильностью частоты т.к. он основан на кварцевой стабилизации. Кварцевая стабилизация является наиболее эффективным способом повышения частоты генераторов. Она основана на применении в схемах кварцевых пластинок с сильно выраженным пьезоэлектрическим эффектом. Если к пластине кварца приложить переменное напряжение, то она испытывает периодические механические деформации, т.е. сжимается и разжимается, что в свою очередь приводит к появлению электрических зарядов на её гранях. В результате в цепи (между входными зажимами) течёт переменный ток. Этот ток имеет две составляющие I_c и I_кв . Реактивный ток I_c протекает через ёмкость. Образованную металлическими пластинами кварцедержателя. Ток кварца I_кв обусловлен наличием пьезоэффекта.

Величина тока кварца зависит от частоты приложенного напряжения. Когда частота подведенного напряжения совпадает с собственной частотой механических колебаний кварца, наступает резонанс, при котором амплитуда колебаний будет максимальной. Пьезоэлектрический ток будет максимальным, а его фаза совпадет с фазой приложенного напряжения. Поэтому вблизи резонансных частот кварцевую пластину можно представить в виде последовательного контура с сосредоточенными постоянными L_k C_k r_k и параллельно подключенной к нему емкости кварцедержателя С₀ . Практически статическая ёмкость кварцедержателя С₀ в сотни раз больше эквивалентной ёмкости кварца C_k , поэтому собственная частота кварца как последовательного контура близка к собственной частоте эквивалентного параллельного контура.

Поскольку С_к <<С₀ , то частота параллельного резонанса отличается от частоты последовательного резонанса незначительно. Относительный разброс частот составляет

Добротность кварцевого резонатора достигает больших значений (порядка 10⁵ ).

Рис. 2