Курсовая работа: Генератор электрических колебаний высокой частоты

Результирующий коэффициент передачи усилителя, охваченного обратной связью, К=К_ус К_ос . Если в колебательной системе установятся синусоидальные колебания с постоянной амплитудой (стационарный режим),

К=К_ус К_ос == 1 (1)

Подставляя в уравнение (1) значения К_ус и K_о.с. , получаем

K= S_ср R_рез exp(jψ_ус ) К_ос exp (jψ_о.с )= К_ос S_ср R_рез exp[j(ψ_ус + ψ_о.с )]=1. (2)

Уравнение (2) выражает условие стационарности автогенератора. Это уравнение распадается на два:

К_ос S_ср R_рез = 1, или К_ос К_ус =1 (3)

ψ_ус + ψ_о.с =0; 2π 4π; … (4)

1.Условие баланса амплитуд.

Соотношения (3) называют условием баланса амплитуд: в стационарном режиме коэффициент передачи по замкнутому кольцу генератора (элементы 1-3 на рис.№ 1) равен единице. В этом условии величины К_ос и R_рез не зависят от амплитуды напряжения на входе усилительного элемента, а S_ср - зависит (с увеличением U_mвх средняя крутизна S_ср уменьшается). Следовательно, условие баланса амплитуд выполняется лишь при определенном значении U_mвх, т.е. при определенной амплитуде колебаний U_mвых . Из (3) получаем

К_ос = . (5)

Если К_ос >, амплитуда колебаний на выходе автогенератора нарастает до тех пор, пока вновь не выполниться условие (3). При К_ос < возникновение колебаний невозможно, поскольку энергия, поступающая в колебательную систему, недостаточна для компенсации потерь. Таким образом, условие баланса амплитуд определяет, с одной стороны, стационарную амплитуду выходных колебаний, а с другой – наименьший коэффициент передачи цепи обратной связи, обеспечивающий самовозбуждение генератора. Этот коэффициент К_о.с.кр называют критическими. Надежное самовозбуждение генератора возможно только при К_ос > К_о.с.кр .

2. Условие баланса фаз.

Это условие определяется (4): в стационарном режиме суммарный угол сдвига фаз при обходе замкнутого кольца автогенератора должен быть равен нулю или целому числу 2π.

В цепях автогенератора могут быть следующие сдвиги фаз.

· Сдвиг фаз на угол ψ₁ =π, создаваемый усилительным элементом (например, транзистор при его включении по схеме с общим эмиттером), между его входным U_mвх и выходным U_mвых напряжениями.

· Сдвиг фаз на угол ψ_о.с. возникающий в цепи обратной связи между её входным U_mвх и выходным U_mвых напряжениями.

· Сдвиг фаз на угол ψ₂ между напряжениями на входе усилительного элемента U_mвх и первой гармоникой его выходного тока I_m1 . Этот сдвиг возникает на очень высоких частотах и при правильном выборе лампы или транзистора угол ψ₂ ≈0⁰ .

· Сдвиг фаз на угол ψ₃ между напряжением U_mвых и током I_m1 . Если колебательный контур точно настроен на частоту первой гармоники выходного тока, угол ψ₃ ≈0⁰ .

Таким образом, условие (4) можно переписать в следующем виде:

ψ₁ + ψ₂ + ψ₃ + ψ_о.с = 180⁰ +0⁰ + ψ_о.с = 0; 360^0; 720⁰ ,… или ψ_о.с =±180⁰ (6)

Соотношение означает, что для выполнения условия баланса фаз цепь обратной связи должна изменять фазу подводимого к ней переменного напряжения U_mвых и 180⁰ . В большинстве автогенераторов существует лишь одна частота, на которой выполняется условие баланса фаз, т.е. на которой возможно генерирование колебаний. Следовательно, условие (4) определяет частоту автоколебаний ω_авт .

2.2 Режимы самовозбуждения автогенератора

В зависимости от значений постоянных питающих напряжений, подведенных к электродам усилительного элемента, и от коэффициента К_ос возможны два режима самовозбуждения: мягкий и жесткий.

1.Режим мягкого самовозбуждения.

В данном режиме рабочую точку А выбирают на линейном участке вольт-амперной характеристики усилительного элемента, что обеспечивает начальный режим работы усилительного элемента без отсечки выходного тока i_вых (рис. №2).

Рис. № 2. Диаграмма, мягкого режима самовозбуждения.

В этих условиях самовозбуждение возникает от самых незначительных изменений входного напряжения U_вх , всегда имеющихся в реальных условиях из-за флуктуаций носителей заряда.

Сначала колебания в автогенераторе нарастают относительно быстро. Затем из-за нелинейности вольт-амперной характеристики усилительного элемента рост амплитуды колебаний замедляется, поскольку напряжение на его входе попадает на участки вольт-амперной характеристики со все меньшей статической крутизной, а это приводит к уменьшению средней крутизны S_ср и коэффициента передачи К_ос цепи обратной связи.