иого напряжения; усилительный элемент, преобразующий энергию источника постоянного напряжения в энергию ВЧ-колебапий; цепь ОС, обеспечивающая передачу напряжения с выхода автогенератора на вход усилительною элемента. В общем случае напряжение на выходе автогенератора не обязательно совпадает с напряжением на входе цепи ОС. Поэтому в дальнейшем будем полагать, что коэффициент передачи цепи ОС учитывает н тот факт, что напряжение на ее входе может составлять лишь часть напряжения 6вых-

Автогенератор, построенный по схеме рис. 6.1, генерирует постоянное по амплитуде колебание только при определенных условиях. Так, напряжение, создаваег.юе цепью ОС

Цепь ОС

M-0*j усалатзль- ~0-* Jex ный.

элемент -v

Колебательная система.

Источник

постоянного

напря/нения

на входе усилительного элемента, должно быть после усиления достаточным для компенсации потерь в колебательной системе, т. с. следует обеспечить равенство (баланс) между энергией вынужденных колебаний и энергией, которая тратится контуром на потери в нем и нагрузке. Для этого необходимы определенные амплитудные соотношения, т. е. в автогенераторе должен быть обеспечен баланс амплитуд. Кроме того, цепь ОС должна вызывать такие сдвиги фаз, при которых в колебательную систему вносится энергия в такт с собственными колебаниями в ней. Это означает, что в автогенераторе нужно выполнить определенные фазовые соотношения, т. е. обеспечить баланс фаз.

Устройство на рис. 6.1 создает колебания только при одновременном выполнении баланса амплитуд и баланса фаз, что зависит от правильного выбора параметров цепи ОС.

Рис. 6.1

§ 6.2. Режимы самовозбуждения

Процесс возникновения и установления колебаний в автогенераторе удобно пояснить с помощью амплитудных характеристик, определяющих зависимость амплитуд напряжения на входе и выходе рассматриваемой цепи. Все рассуждения приведены в предположении, что необходимые для работы автогенератора фазовые соотношения выполняются.

При разрыве цепи ОС в сечении 1-1 автогенератор превращается в усилитель с коэффициентом усиления Ку = Ьвых/вх. где /)вых- - амплитуда напряжения вых на выходе автогенератора, f/gx - амплитуда напряжения Ывх на входе усилительного элемента. Цепь

ОС имеет коэффициент передачи Кос = Ох/Овых- Положим, что усилитель линеен, т. е. его коэффициент усиления не завпсит от амплитуды входного напряжения. В этом случае амплитудная характеристика усилителя - прямая линия (прямая / на рис. 6.2), проходящая че-

рез начало координат (полагаем, что уровень собственных шумов в усилителе мал). Цепь ОС является линейной системой, поэтому ее амплитудная характеристика также прямая линия (прямая на рис. 6.2). Для цепи ОС напряжение является входным, а напряжение

Ubx - выходным. Таким образом, амплитудная характеристика цепи ОС -это зависимость t/nx = / (вых)- Следовательно, на рис. 6.2 аргумент функции, описывающей амплитудную характеристику усилителя и цепи ОС, отложен по разным осям. Для усилителя (прямая /) аргумент отложен по оси абсцисс, а для цепи ОС (прямая ) - по оси ординат.

Если прямая / (рис. 6.2) лежит выше прямой , то амплитуда напряжения на выходе автогенератора все время растет. Пусть на входе

усилительного элемента действует напряжение Ujj, тогда, согласно прямым

у -- Р*** напряжение на выходе авто-

бмг уу * генератора равно fBbixi- Это же напряже-

ние подается на вход цепи ОС, следова-тельно, напряжение иа ее выходе будет , / i/ вх2- Последнее означает, что амплитуда

бб/х f ---Jr напряжения на входе усилительного эле-

мента возросла, что приводит к увеличению напряжения на выходе генератора до

- вых2 и т. д. Если прямая / лежит ниже

sx! вхг х прямой , то амплитуда колебания на выходе автогенератора уменьшается, т. е. в Рис. 6.2 колебательной системе возможны только

затухающие колебания. Прямые рис. 6.2 не соответствуют реальным характеристикам, так как из-за целого ряда факторов амплитудная характеристика усилителя существенно отличается от линейной. Любой реальный усилитель нелинеен. Одной из причин нелинейности усилителя является нелинейность вольт-амперной характеристики усилительного элемента, а это приводит к тому, что с увеличением амплитуды напряжения на входе усилительного элемента ток на его выходе но форме все больше отличается от синусоиды, содержание в нем первой гармоники, определяющей напряжение на выходе, нелинейно зависит от амплитуды входного напряжения. Напряжение на выходе усилителя увеличивается медленнее, чем напряжение на его входе. Положим, что адшлитудная характеристика усилителя имеет вид кривой /, показанной на рис. 6.3. Цепь ОС линейна, поэтому ее амплитудная характеристика - прямая линия (прямая ).

Как следует из рис. 6.3, при некотором значении Uхарактеристики lull пересекаются; в точке их пересечения выполняется баланс амплитуд. В колебательную систему автогенератора вносится энергия, необходимая для компенсации потерь в системе.

Точка пересечения амплитудных характеристик на рис. 6.3 определяет устойчивое состояние автогенератора. В этом состоянии (режиме) автогенератор самостоятельно сохраняет амплитуду установившегося колебания. Пусть из-за внешних воздей-

ствий амплитуда напряжения па входе усилительного элемента превысила значение Уцхо- После прекращения внешнего воздействия амплитуда напряжения на выходе автогенератора будет вых1- Па входе усилительного элемента (на выходе цепи ОС) амплитуда напряжения станет меньше/У что приведет к уменьшению /Уи, а следовательно, и Ug. Эгот процесс будет про-

вых1

Выхо -

исходить до тех пор, пока амплитуда напряжения на входе усилительного элемента не станет равной т. е. автогенератор не придег в устойчивое состояние. Аналогично рассуждая, можно показать, что автогенератор возвращается в устойчивое состояние, если напряжение на входе усилительного элемента становится меньп е f/Exo-

Характерным для автогенерато ра с амплитудными характеристиками рис. 6.3 является то, что после включения он самостоятельно достигает установившегося состояния. Достаточно появления очень малой амплитуды напряжения на входе усилительного элемента,

Рис. 6.3

max.

Рис. 6.4

всегда имеющейся в реальной схеме за счет флуктуации носителей заряда, чтобы колебания начали нарастать до значений, при которых автогенератор придет в установившееся состояние.

Сначала колебания в автогенераторе нарастают по экспоненте время экспоненциального роста амплитуды может составлять заметную часть времени установления (рис. 6.4)]. Затем процесс нарастания