быхо

6x0 дх

Рис. 6.5

колебаний убыстряется, а по мере приближения амплитуды выходного напряжения к f/выхо опять замедляется.

Таким образом, напряжение на выходе автогенератора плавно нарастает до некоторого установившегося значения. Такой режим колебаний называют мягким самовозбуждением. Реализовать на практике этот режим можно путем соответствующего выбора напряжения смещения на участке вольт-амперной характеристики усилительного элемента с большой крутизной.

Пусть вольт-амперная характеристика усилительного элемента Ких = / ( ) имеет вид, показанный на рис. 6.4. Зависимость входного напряжения и выходного тока от времени иллюстрирует процесс установления колебаний в автогенераторе с кшгким режилюм самовозбуждения. Из рис. 6.4 следует, что в установившемся режиме напряжение на входе усилительного элемента постоянно по амплитуде и имеет синусоидальную форму. Поскольку угол отсечки 9 и максимальное значение t ,ax выходного тока в установившемся режиме постоянны; амплитуда первой гармоники выходного тока, определяющая амплитуду напряжения на выходе автогенератора, также постоянна. При мягком сакювозбуждении баланс амплитуд выполняется в одной точке. Однако баланс амплитуд может выполняться и ие при одном значении амплитуды напряжения на входе усилительного элемента. Если амплитудная характеристика усилителя имеет вид, показанный иа рис. 6.5 (кривая /), то амплитудные характеристики усилителя и цепи ОС (прямая ) пересекаются в точках 1 я 2. Эти точки соответствуют амплитудам входного напряжения Uxq и f/gx о-

Выясним, устойчивы или неустойчивы режимы работы автогенератора в точках пересечения i и 2. Предположим, что по каким-то причинам амплитуда напряжения на входе усилительного элемента стала меньше f/вхо- При этом напряжение на выходе автогенератора уменьшится, что приведет к снижению амплитуды напряжения на входе цепи ОС и, следовательно, и напряжения на входе усилительного элемента. Последнее приведет к еще большему уменьшению напряжения на выходе автогенератора, что вызовет затухание колебаний в системе. Процесс установится только тогда, когда колебания полностью затухнут. Рассуждая аналогично, получаем, что при превышении аи-плитуды напряжения на входе значения f/вхо колебания будут нарастать до тех пор, пока их амплитуда не достигнет значения f/exo. Таким образом, точка / хотя и отвечает условиям баланса амплитуд, но не является устойчивой. Малейшие отклонения амплитуды напряжения f/nx относительно f/вхо в ту или другую сторону приведут к пер§ходу автогенератора в одно из устойчивых состояний.

Процессы, происходящие в точке 2 (рис. 6.5), аналогичны процессам, происходящим в точке пересечения амплитудных характеристик рис. 6.3. В точке 2 система устойчива и амплитуда напряжения

и вхо определяет амплитуду установившихся колебаний на входе усилительного элемента. Таким образом, если система имеет амплитудную характеристику / (рис. 6.5), то в ней установится режим генерирования колебаний в случае, когда амплитуда напряжения на входе усилительного элемента превысит значение Uq. Такую автоколебательную систему называют системой с жестким самовозбуждением.

Характерным для такой системы является то, что малые колебания на входе усилительного элемента не могут вызвать самовозбуждения автогенератора; самовозбуждение возможно только при

Рис. 6.6

большой начальной амплитуде напряжения. На практике такой режим работы автогенератора реализуется путем подачи на усилительный элемент запирающего напряжения смещения, при котором малые амплитуды входного напряжения не могут вызвать тока в выходной цепи этого элемента, т. е. не наступает процесса генерирования колебаний (рис, 6.6),

Сравнивая автоколебательные системы с мягким и жестким самовозбуждением, можно заметить, что система с мягким самовозбуждением имеет неустойчивое, а система с жестким самовозбуждением - устойчивое состояние покоя. Форма выходного тока усилительного элемента также зависит от режима самовозбуждения. При мягком самовозбуждении и малых амплитудах колебаний усилительный элемент работает без отсечки, а при жестком - с отсечкой выходного тока. Таким образом, можно сделать вывод о том, что мягкое самовозбуждение Удобно для эксплуатации, поскольку автоколебания возникают и самостоятельно устанавливаются сразу после включения автогенератора. Однако работать в установившемся режиме удобнее при малых углах Отсечки выходного тока усилцтедьного элемента, так как при этом

можно получить более высокий к. п. д. и меньшие тепловые потери, что влияет на стабильность работы автогенератора, а следовательно, п на стабильность частоты колебаний на выходе передатчика.

Можно найти компромиссное решение, при котором в момент включения автогенератор начинает работать сначала в режиме мягкого (подача на усилительный элемент кеобходилюго напряженпя смещения), а затем в режиме жесткого (изменение напряжения сд.етцеиия в процессе установления автоколебаний) самовозбуждения. Для изменения напряжения смещения в автогенераторе предусматривают специальную цепь автоматического смещения. Постоянное напряжение на выходе этой цепи используют в качестве напряжения смещения усилительного элемента. При этом напряжение смещения определяется амплитудой напряхения на выходе автогенератора.

Цепью автомагического смещения в схеме автогенератора может служить /?С-цепдчка, напряжение на которой создается постоянной составляющей тока эмиттера или базы. Элементы R-s, в цепи эмиттера транзистора (рис. 6.7) создают автоматическое смещение на базу транзистора. Для повышения эффективности автоматического смещения его выполняют за счет постоянной составляющей тока базы, включая между дросселем L-i и общей точкой резисторов R и /?2 дополнительный резистор автосмещения. Элементы Rs, при этом могут быть исключены.

Рис. 6.7

§ 6.3. Частота колебаний автогенератора

В § 6.1 отмечалось, что для получения незатухающих колебании необ ходимо в автогенераторе выполни !ь определенные амплитудные и фа зовые соотношения. Расслютрим это положение более подробно. Со гласно структурной схеме автогенератора (см. рис. 6.1), часть напря жения с выхода усилит-еля через цепь ОС подается па его вход. При разорванной цепи ОС усилитель имеет коэффициент усиления

(5,1)

где UsbiJsx - модуль коэффициента усиления усилителя; фу учитывает сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями усилителя. При рабочей частоте, во много раз меньшей граничной в колебательном контуре, настроенном на частоту входного сигнала, сдвиг фаз фу л; 180°.

Напряжение иа выходе усилителя создается на резонансной системе первой гармоникой выходного тока /вых1. Пусть в качестве резонансной системы используется одиночный контур. Тогда /7вых ~ выцо., где Zj;, - люду ТВ сопротивления эквивалентного контура,