Учебные вопросы:
1ПРИНЦИП РАБОТЫАВТОГЕНЕРАТОРА
2 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АВТОГЕНЕРАТОРА
3 СХЕМА АВТОГЕНЕРАТОРА С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
1ПРИНЦИП РАБОТЫАВТОГЕНЕРАТОРА
Устройства, в которых электрические колебания возникают самостоятельно в отсутствие внешних (вынужденных) колебаний, называются автогенераторами.
В простейшем случае РЧ колебание можно получить с помощью колебательного контура. Положим, контур получил некоторый первоначальный запас энергии. При этом в нем возникают свободные колебания. Если контур не имеет собственных потерь (идеальный контур), то колебания в нем длятся бесконечно долго. Однако при подключении нагрузки даже к идеальному контуру колебания в нем затухают. Поскольку реальный контур имеет собственные потери, затухание колебаний происходит еще быстрее. Для того чтобы РЧ колебание, создаваемое колебательным контуром в нагрузке, было незатухающим, необходимо все время пополнять запас энергии в контуре в процессе ее расходования. Для этого требуется иметь источник энергии, возбуждающий в контуре вынужденные колебания, синхронные и синфазные с собственными колебаниями. Амплитуда этих вынужденных колебаний должна быть достаточной для компенсации потерь в контуре и нагрузке.
Для реализации такого источника вынужденных колебаний включим контур, с которого снимается РЧ колебание в качестве нагрузки усилительного каскада. Подавая на вход этого усилителя напряжение, по частоте совпадающее с частотой свободных колебаний в контуре, можно обеспечить на его выходе постоянное по амплитуде незатухающее колебание. Напряжение на вход усилительного элемента следует подавать не от внешнею источника сигнала, а создавать его в самом генераторе. Для этого нужно часть напряжения с выхода усилителя подать на его вход, т. е. предусмотреть цепь обратной связи (ОС). В том случае, когда сдвиг фаз, вносимый цепью ОС, обеспечит своевременное получение
|
|
контуром энергии (синфазность вынужденных и свободных колебаний) и произойдет компенсация потерь энергии в контуре и нагрузке, колебания станут незатухающими. Поскольку усиление происходит за счет источника постоянного напряжения, последний и является источником энергии вынужденных колебании.
2 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АВТОГЕНЕРАТОРА
Структурная схема автогенератора представлена на рис 4.1. В состав автогенератора входят: колебательная система; источник постоянного напряжения; усилительный элемент, преобразующий энергию источника постоянного напряжения в энергию РЧ колебаний; цепь ОС, обеспечивающая «передачу напряжения с выхода автогенератора на вход усилительного элемента. 
3 СХЕМА АВТОГЕНЕРАТОРАС ТРАНСФОРМАТОРНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
Если в контуре при включении напряжения питания возникли колебания, то на контуре появилось некоторое небольшое напряжение. Часть этого напряжения можно подать с выхода, т. е. с контура, на вход, в цепь базы.
Для этого катушку L 1надо приблизить к катушке контура L2, как показано на рис. Таким образом получим схему генератора с самовозбуждением или. автогенератора.
На рис. приведена принципиальная схема транзисторного автогенератора гармонических колебаний с индуктивной трансформаторной связью. Колебательной системой в этой схеме является контур L2C2, включенный в выходную (коллекторную) цепь транзистора. Режим базовой цепи транзистора VT задается делителем R1R2. Стабилизация рабочей точки обеспечивается резистором Rэ в цепи эмиттера. Нагрузка Rн генератора подключена к коллектору транзистора через разделительный конденсатор СЗ. Обратная связь с выходной цепи во входную осуществляется с помощью катушки связи L1, включенной в цепь база — эмиттер.
|
|
Начало самовозбуждения происходит следующим образом. При включении источника питания Ек появляется коллекторный ток iК. В момент включения скорость нарастания тока настолько большая, что он протекает только через конденсатор С2 по цепи: + Ек, конденсатор С2, коллектор — эмиттер, блокировочный конденсатор Сэ, —Ек. Конденсатор С2 заряжается. Индуктивная ветвь в этот момент вследствие ЭДС самоиндукции оказывает быстрому нарастанию тока большое сопротивление. Ток через нее не протекает. Пояснить процессы в контуре в момент включения источника питания можно так. Известно, что реактивное сопротивление емкости Хс=1/ωС, а индуктивности Хь =ω L. Момент включения t1можно считать скачком напряжения, как показано на рис. 2.4 сплошной линией.
Его можно рассматривать как начальную часть синусоиды колебаний высокой частоты (штриховая линия на рис. 2.4 ω →∞,Т →0). Сопротивление конденсатора Хс= 1/ωС→0). Сопротивление индуктивной катушки XL = ωL→∞. Поэтому ток iк проходит только через конденсатор, заряжая его. По мере заряда конденсатора С2 скорость нарастания коллекторного тока iк и соответственно ЭДС самоиндукции уменьшается. При этом медленно изменяющийся коллекторный ток проходит в основном через катушку, сопротивление которой для него небольшое. Зарядившийся в первый момент включения конденсатор С2 начинает разряжаться через катушку L2. В результате в контуре возникают колебания с частотой f= f=0,5π√L2C2. Чтобы эти колебания стали незатухающими, необходимо восполнять потери энергии в контуре хотя бы один раз за период. Для этого схема автогенератора должна быть построена так, чтобы выполнялись условия самовозбуждения.
|
|
Условия самовозбуждения.
Условия самовозбуждения. Для устойчивой работы автогенератора необходимо выполнение двух условий: баланса фаз и баланса амплитуд.
Баланс амплитуд — это условие поступления количества энергии от источника питания EK(E а) в контур, необходимой для восполнения всех потерь в контуре и поддержания колебаний незатухающими.
Баланс фаз — это условие своевременной подачи энергии в контур.
Подача энергии в контур, т. е. подпитка контура, должна происходить не непрерывно, а импульсами, в такт с частотой возникших в нем колебаний и в определенном количестве. Регулировку количества и времени -поступления энергии в контур осуществляет транзистор VT с помощью обратной связи. Компенсация потерь в колебательном контуре осуществляется током коллектора ii'K. Следовательно, значение этого тока должно быть достаточным для восполнения всех потерь энергии за период. Но значение коллекторного тока определяется напряжением на базе транзистора, т. е. напряжением обратной связи. Поэтому амплитуда напряжения обратной связи U.св должна быть достаточной для того, чтобы открыть транзистор до такой степени, при которой он будет пропускать ток, достаточный для восполнения всех потерь в контуре.
Условие баланса амплитуд является условием достаточной обратной связи, и его можно выразить так: амплитуда напряжения обратной связи должна быть достаточной для восполнения всех потерь в контуре.
В рассматриваемой схеме с трансформаторной обратной связью баланс амплитуд достигается подбором обратной связи путем изменения расстояния между катушками или подбором числа витков катушки обратной связи.
Второе условие существования незатухающих колебаний в автогенераторе — баланс фаз — означает, что ток от источника питания, проходя через контур, должен совпадать по фазе с контурным током возникших в контуре колебаний. Только в этом случае он будет поддерживать колебания. Транзистор должен открываться и пропускать ток от источника питания через контур в те полупериоды, когда конденсатор должен подзаряжаться, а энергия колебательной системы должна увеличиваться. Такое отпирание транзистора осуществляется напряжением обратной связи. Для этого концы катушки обратной связи L0.cв должны быть подключены к базе и эмиттеру так, чтобы напряжение на базе было противофазным напряжению на коллекторе.
Таким образом, баланс фаз состоит в том, что сумма фазовых сдвигов колебаний по цепям прямой передачи (усиления) и обратной связи должна быть равна или кратна 360°.
При включении автогенератора может оказаться так, что колебания в нем не возникают. В таком случае надо подобрать баланс фаз, для чего следует поменять местами концы катушки обратной связи.