2363

а) б) в)

Рис. 3.7. Эквивалентные схемы: а) обобщенная трѐхточечная схема;

б) индуктивная трѐхточечная схема; в) ѐмкостная трѐхточечная схема

Возможны два варианта трехточечных схем автогенераторов:

а) схема индуктивной трехточки, когда X2>0, X3>0, X1<0 (рис. 3.7, б),

б) схема емкостной трехточки X2<0, X3<0 (имеют емкостный характер),

а X1>0 (индуктивный характер) (рис. 3.7, в).

Важным достоинством одноконтурных трехточечных схем является единственная частота генерации, близкая к собственной частоте колебатель-

ного контура, и исключены перескоки частоты, как в многоконтурных схе-

мах.

3.3. Режимы работы автогенераторов

Колебательной характеристикой называется зависимость амплитуды тока Iвых от управляющего напряжения. Для биполярного транзистора, вклю-

ченного по схеме с ОЭ, это зависимость Iк1 от управляющего напряжения на базе транзистора Iк1= (Uбэ). Вид колебательной характеристики зависит от

положения рабочей точки на проходной характеристике транзистора (рис.

3.8).

Когда рабочая точка расположена на середине линейного участка про-

ходной характеристики (А), транзистор работает колебаниями первого рода.

В этом случае переменный ток iвых в выходной цепи генератора протекает на протяжении всего периода колебаний во входной цепи.

81

вых

Рис. 3.8. Колебательная характеристика и линии обратной связи:

а) проходная характеристика, б) колебательная характеристика,

в) линии обратной связи

Т.к. рабочая точка находится на прямолинейном участке проходной ха-

рактеристики, то приращение выходного тока прямо пропорционально при-

ращению входного напряжения в пределах линейного участка. При увеличе-

нии амплитуды входного напряжения за пределами линейного участка даль-

нейший рост амплитуды выходного тока уменьшается из-за нелинейности верхнего и нижнего участков проходной характеристики. Это соответствует недонапряженному режиму работы генератора. Недонапряженный режим ха-

рактеризуется малым КПД. Колебательная характеристика имеет выпуклую форму (I) (рис. 3.8, б).

Если рабочая точка на проходной характеристике транзистора выбрана в области отсечки выходного тока В (режим колебаний второго рода), то ко-

лебательная характеристика начинается несколько правее нуля. По мере уве-

личения управляющего напряжения колебательная характеристика имеет верхний и нижний изгиб (II) (рис. 3.8, б).

Линия обратной связи представляет зависимость напряжения обратной связи от тока в выходной цепи транзистора (рис 3.8, в).

82

В зависимости от положения рабочей точки на проходной характери-

стике различают мягкий и жесткий режимы самовозбуждения автогенерато-

ров.

3.3.1. Мягкий и жѐсткий режим самовозбуждения

А

5

4

3

2

вых

Рис. 3.9. Графики токов и напряжений: в мягком (а) и жестком (б) режиме

Мягкий режим самовозбуждения

Точка пересечения колебательной характеристики с линией обратной связи определяет устойчивое состояние автогенератора. Если в выходной це-

пи усилительного элемента возникает ток Iвых 1, а следовательно и в колеба-

тельном контуре, этот ток образует по цепи обратной связи напряжение U1,

которое создает в выходной цепи ток I2. Так колебания будут нарастать до точки А. Если же Iвых увеличится до значения I5, то по линии обратной связи ток Iвых уменьшится до значения Iустан. это означает, что потери в контуре будут больше и напряжения на вход по цепи обратной связи будут меньше.

Точка А будет точкой устойчивого состояния. На участке, где колебательная характеристика проходит над линией обратной связи, энергия вносимая в контур больше, чем теряемая в контуре, и амплитуда колебаний увеличива-

ется. В области, где колебательная характеристика проходит над линией об-

ратной связи потери в контуре больше и амплитуда колебаний уменьшается.

83

При мягком режиме самовозбуждения происходят колебания первого рода в недонапряженном режиме, которые возникают после включения ис-

точника питания и самостоятельно нарастают.

Жесткий режим самовозбуждения

Рассмотрим режим самовозбуждения, когда рабочая точка выбрана на проходной характеристике в области отсечки. Такому положению рабочей точки соответствует колебательная характеристика (рис.3.9.б). В области I

колебательная характеристика проходит под линией обратной связи. Это оз-

начает, что поступаемая энергия в контуре меньше потерь и колебания не возникают. Колебания могут нарастать только в области II, где пополнение в контур больше, чем их потери. Но для их возникновения необходимо внеш-

нее возбуждение автогенератора напряжением амплитуды Uвозб>Uн. Само-

произвольно генератор возбудиться не может. Такой режим называется же-

стким режимом. Жесткий режим происходит колебаниями второго рода, ко-

гда выходной ток протекает на протяжении части периода изменения вход-

ного напряжения. Ток в выходной цепи усилительного элемента имеет форму периодической последовательности импульсов, их продолжительность зави-

сит от значения напряжения смещения.

3.4.Способы подачи смещения в автогенераторах

Всхемах автогенераторов применяются различные способы подачи смещения: от отдельного источника, автоматическое, комбинированное.

Смещение от отдельного источника можно получить от выпрямителя,

достоинство такого типа смещения — постоянство напряжения смещения,

недостаток — увеличение габаритных размеров устройства.

Зависимость амплитуды колебаний Umвх от смещения Ес при заданном значении статической крутизны S и управляющего сопротивления Ry называ-

84

ется диаграммой срыва. Диаграмма срыва может быть построена, заменив в

смещения так, чтобы угол отсечки оставался неизменным. Отсюда следует,

что Uбэ от Ес зависит линейно. Зависимость Uбэ(Ес) представляет пучок пря-

мых, проходящих через точку (Ес=Е/; Uбэ=0) с угловым коэффициентом, рав-

Рис. 3.10. Диаграммы срыва автогенератора

Схемы автогенераторов с внешним смещением представлены на рис. 3.11.

Смещение в схеме с общей базой подается на эмиттерный вывод, в схеме с общим эмиттером — на базовый вывод. Режим возникновения генерации мягкий, вначале усиление колебаний без ограничения, затем по мере роста амплитуды наступает ограничение за счет отсечки тока.

85

Рис. 3.11. Схемы автогенераторов с внешним смещением:

с трансформаторной (а-в) и автотрансформаторной связью (г)

Автогенераторы с внешним смещением обычно работают в недонапряжен-

ном режиме, что обеспечивает незначительные искажения формы синусои-

дальных колебаний и более высокую стабильность частот. Схемы автогене-

раторов с автоматическим смещением представлены на рис. 3.12.

а) б)

Рис. 3.12. Схемы автогенераторов с эмиттерным автосмещением:

а) схема с ОБ, б) схема с ОЭ

В автогенераторах с автосмещением напряжение положительной об-

ратной связи, снимаемое с контура, подается в цепь эмиттера (с эмиттерным автосмещением) или в цепь базы (базовое автосмещение).

86

На рисунке 3.12 представлены схемы автогенераторов, в которых на-

пряжение положительной обратной связи подается в цепь эмиттера через разделительный конденсатор Сэ .

На рисунке 3.13 схемы автогенераторов с базовым смещением. В этих схемах включены RбCб –цепи. Через конденсатор Cб к базе транзистора под-

водится напряжение обратной связи. После включения питания на основании условия K Koc>1 амплитуда колебаний возрастает. С ростом амплитуды ко-

лебаний напряжение на контуре приближается к напряжению питания, на-

ступает перенапряженный режим, при котором импульсами тока через отпи-

рающийся коллекторный переход осуществляется заряд конденсатора Cб,

возникает смещающее напряжение Uс, запирающее транзистор, который в связи с этим начинает работать с отсечкой тока. Недостатком этих схем явля-

ется ухудшение стабильности, что характерно для работы автогенератора с отсечкой тока. Транзистор в автогенераторах с базовым смещением пооче-

редно в течение периода колебаний находится в трех состояниях: запертом

(отсечки), отпертом (активном) и насыщения.

Рис. 3.13. Схемы автогенераторов с базовым автосмещение

87

Комбинированное автосмещение

Мягкий режим работы обладает преимуществом по сравнению с жест-

ким в том, что колебания автоматически возникают в схеме самостоятельно без дополнительного напряжения возбуждения. В то же время при работе в мягком режиме невысок КПД автогенератора, что существенно в схемах мощных генераторов. При колебаниях первого рода при мягком режиме са-

мовозбуждения через транзистор протекает большая постоянная составляю-

щая тока, что приводит к дополнительным потерям энергии. Преимуществом жесткого режима самовозбуждения является более высокий КПД, но для пе-

рехода в жесткий режим необходимо дополнительное возбуждение автогене-

ратора. Для повышения КПД транзисторные генераторы обычно работают в

режиме колебаний второго рода с углом отсечки 90o , т.е. в классе В или

С. Использовать преимущества мягкого и жесткого режимов позволяет схем-

ное решение (рис.3.14), которое обеспечивает положение рабочей точки в на-

чальный момент возбуждения и дальнейшее ее смещение за счет сопротив-

ления R3 и конденсатора Сб.

Рис. 3.14. Схема питания автогенератора

Для возникновения колебаний в мягком режиме начальное смещение должно сдвигать рабочую точку вправо — внешнее отпирающее напряжение

88

которое перемещает рабочую точку влево проходной характеристики, что соответствует жесткому режиму самовозбуждения. В стационарном режиме напряжение на базе

должно быть меньше напряжения отсечки Е. Делитель R1R2 обеспечива-

ет отпирающее смещение Еб1 , которое выводит рабочую точку в область

максимальной крутизны – мягкий режим самовозбуждения. При этом тран-

зистор открывается, за счѐт токов Iко , Iэо , Iбо на базе транзистора появ-

ляется автоматическое смещение.

Определим его величину

ка,

R3(Iко Iбо) R3Iбо - автоматическое смещение постоянной со-

ставляющей эмиттерного тока. Так как

89

о - статический коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ

графическому решению уравнения для заданного угла отсечки. Точка Б со-

ответствует режиму самовозбуждения, точка А – стационарному режиму. (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Определение смещения на базе транзисторного автогенератора

Эмиттерное сопротивление R3 уменьшает изменение постоянной со-

ставляющей коллекторного тока Iко , что снижает изменение реактивных параметров транзисторов.

90