Реферат: Уравнение стационарного режима автогенератора и его анализ
Рис. 4. Колебательная характеристика автогенератора
Точка А пересечения колебательной характеристики и прямой обратной связи определяет амплитуду стационарных колебаний Um СТ .
Колебательная характеристика снимается экспериментально. На базу транзистора (при разомкнутой ОС) подается гармоническое напряжение с частотой, равной резонансной частоте колебательного контура, от внешнего генератора и при каждом значении амплитуды Um БЭ измеряется амплитуда первой гармоники коллекторного тока Im 1 . Вид колебательной характеристики будет зависеть от выбора положения рабочей точки (напряжения смещения).
Процесс возникновения колебаний в автогенераторе также зависит от выбранного рабочего режима активного прибора, определяемого постоянными питающими напряжениями, и величины коэффициента обратной связи. При этом напряжение смещения играет особую роль – если рабочая точка выбрана в области большой крутизны, то самовозбуждение наступает легко. Различают два режима самовозбуждения автогенератора – мягкий и жесткий.
При мягком режиме самовозбуждения начальную рабочую точку выбирают на середине линейного участка вольт-амперной характеристики активного нелинейного прибора (транзистора) в точке с максимальной крутизной (рис. 5).
Рис. 5. Выбор рабочей точки при мягком режиме самовозбуждения
Даже самые малые электрические возмущения в схеме (включение, флуктуации) вызывают нарастание колебаний. Вначале амплитуда первой гармоники выходного тока i К растет почти пропорционально амплитуде входного напряжения u БЭ (t), а затем ее рост вследствие нелинейности характеристики замедляется и прекращается вовсе. В схеме автогенератора наступает установившийся режим.
При жестком режиме самовозбуждения начальную рабочую точку выбирают на нижнем участке вольт-амперной характеристики активного прибора с малой крутизной (рис. 6).
Рис. 6. Выбор рабочей точки при жестком режиме самовозбуждения
При незначительных амплитудах входного колебания (u '(t), u ''(t)) самовозбуждение автогенератора не наступает, так как из-за малой крутизны не выполняются условия самовозбуждения К b > 1. При достаточно больших амплитудах входного напряжения (u '''(t)) возникают выходные колебания активного прибора i '''(t), которые быстро нарастают до значений установившегося (стационарного) режима.
Построим колебательные характеристики и характеристики средней крутизны для указанных режимов.
При мягком режиме самовозбуждения (рис. 7), когда крутизна вольт-амперной характеристики максимальна, имеем только одну точку пересечения характеристик с прямой обратной связи (исключая состояние покоя) и, следовательно, одно значение напряжения стационарных колебаний Um СТ .
Рис. 7. Характеристики мягкого режима
При жестком режиме самовозбуждения (рис. 8), когда крутизна вольт-амперной характеристики мала, имеем две точки пересечения характеристик с прямой обратной связи.
Рис. 8. Характеристики жесткого режима
При малых амплитудах Um БЭ первая гармоника выходного тока растет медленно из-за малой крутизны вольт-амперной характеристики. По мере выхода рабочей точки на линейную часть характеристики i K (u БЭ ) скорость нарастания Im 1 увеличивается (увеличивается S СР ). Следующее снижение темпа роста Im 1 обусловлено заходом в режим ограничения тока коллектора. Проводя прямую обратной связи убеждаемся, что могут существовать два значения Um СТ , удовлетворяющие условию стационарности. Однако стационарное состояние не может одновременно существовать в нескольких точках. Чтобы ответить на вопрос, в какой из этих точек будет происходить работа генератора, необходимо исследовать указанные состояния на устойчивость.
Стационарное состояние системы называется абсолютно устойчивым, если любое возмущение, вызванное в ней, со временем затухает.
Если в системе затухают лишь возмущения, интенсивность которых не превышает заданной величины, то говорят, что состояние системы устойчиво в малом.
Найдем устойчивое состояние работы генератора для мягкого и жесткого режимов самовозбуждения.
Для мягкого режима самовозбуждения (рис. 9) предположим, что на вход генератора подана небольшая амплитуда напряжения Um 1 .
Рис. 9. Определение устойчивости в мягком режиме самовозбуждения
Тогда этому значению будет соответствовать небольшое значение тока Im 1 , для которого находится соответствующее ему значение на прямой обратной связи. Но последнему значению соответствует новое, более высокое значение Im 1 и новое значение на прямой обратной связи, и т. д. Таким образом, видно, что в процессе динамики колебания перейдут в точку М.