Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет

.pdf
Скачиваний:
35
Добавлен:
27.10.2023
Размер:
20.93 Mб
Скачать

ставляет также отсутствие единого подхода (за исключе­ нием работ [26— 29J) к их анализу.

Поэтому в настоящей книге изложена обобщенная те­ ория, результаты которой позволяют удобно сравнивать между собой различные схемы как качественно, так и ко­ личественно и проводить инженерные расчеты кварцевых автогенераторов на ТД.

Анализ схем кварцевых автогенераторов на ТД прово­ дится квазилинейным методом. Для получения уравнений, описывающих поведение кварцевых автогенераторов на ТД

Рис. 4.20.

Схема

кварцево­

Рис.

4.21.

Схема

кварцево­

го автогенератора

на ТД с

го автогенератора на ТД с

контуром

постоянного вол­

использованием

параллель­

нового

сопротивления.

ного

резонанса

кварцево­

 

 

 

 

го

резонатора.

в стационарном режиме, воспользуемся способом, предло­ женным С. И. Евтяновым [30]. Этот способ, позволяющий получать укороченные уравнения непосредственно из «сим­ волических уравнений», хорошо разработан и с успехом применяется для исследования ламповых и транзисторных автогенераторов с кварцевой стабилизацией частоты. В соот­ ветствии с этим способом в общем случае укороченные урав­ нения получаются непосредственно из укороченных выра­ жений для комплексного сопротивления Z(co) или проводи­ мости F(co) колебательной системы автогенератора. В ре­ зультате применения этого способа к исследованию схем кварцевых автогенераторов на ТД можно довольно просто получить основные соотношения (условия самовозбужде­ ния, поправку к частоте, уравнения для определения ста­ ционарной амплитуды и т. д.), необходимые для инженер­ ного расчета и качественных и количественных оценок раз­ личных схем автогенераторов.

На примере схемы, приведенной на рис. 4.18, покажем, как с помощью этого способа можно получить укороченные уравнения, описывающие поведение схемы автогенератора

в стационарном режиме. Однако, прежде чем записывать укороченные уравнения, заметим, что все указанные схемы автогенераторов по высокой частоте могут быть представ­ лены в виде обобщенной эквивалентной схемы, изображен­ ной на рис. 4.22. Двухполюсник / представляет линейную часть колебательной системы автогенератора, обладающую проводимостью Y(a), а двухполюсник 2 — среднюю про­ водимость ТД

 

 

К = 7/Д = / д 1 / £ / д ,

 

 

(4.7)

где

/ д 1 — амплитуда

1-й гармоники тока,

протекающего

через ТД; і/д — амплитуда

напряжения

высокой

частоты

 

 

 

на ТД (или, что то же самое,

 

I

 

на контуре).

 

 

 

 

 

Поскольку

колебательная

 

 

 

система любой

из рассматри­

 

і

 

ваемых схем

автогенераторов

 

I

(рис. 4.18—4.21)

является

 

- о

 

двухконтурной

(низкодоброт-

Рис.

4.22. Обобщенная

экви-

ный контур LCR0 и

высоко­

валентная схема кварцевых добротный контур эквива-

автогенераторов на ТД. лентной схемы замещения

кварцевого резонатора), в такой системе колебания в принципе могут возник­ нуть на любой из двух собственных частот контуров. Однако можно так выбрать параметры первого контура Ь, С и R0, что схема автогенератора при отключенном или не­ исправном резонаторе будет устойчивой, а при включении его в схему будет возбуждаться на частоте, близкой к ча­ стоте последовательного резонанса кварцевого резонатора сок в . Условия отсутствия паразитной генерации в схемах

рис.

4.18—4.20 без

кварцевого резонатора

записываются

в виде следующих двух неравенств [27, 291:

 

 

 

 

п < 1 ,

т < 1

 

для схем

рис. 4.18,

4.19,

 

 

п < 1 ,

m < 2 — п

для схемы

рис. 4.20,

 

 

где

п = R0/\ —R 1 — относительное

сопротивление

потерь

контура; т = LICR0\

— R |— относительное

волновое со­

противление контура.

 

 

 

 

 

Выберем частоту (ок в в качестве опорной и составим вы­

ражение для сопротивления контура

автогенератора

в точ­

ках

/ — / ' при небольших

отклонениях частоты

генерируе­

мых

колебаний Юр относительно частоты со„в.

Поскольку

частота сог в схеме автогенератора на ТД достаточно ста­ бильна и близка к частоте сок11 в силу высокой добротности кварцевого резонатора, при записи выражений для реак­

тивных сопротивлений контура

/X/. = /coL и

^ с = = ] ^ с

можно считать со

со,,

эквивалентной

схемы за­

Комплексное

сопротивление

мещения кварцевого резонатора при небольших расстрой­ ках определяется следующим выражением:

 

2

__

'кв (1<И«)

(4.8)

 

 

к в

1 — 6 0 а<ф - /8 0 '

 

где

а = 2QK E

(/г - / к в ) / / к в = QK B

2 А / / / К

—обобщенная расстройка, выраженная через абсолютную

расстройку частот сигналов

относительно

частоты последо-

вательного резонанса f к в =

1 /2я ^ L K B C K B ; QK B = pK B /rK B

=

=

У LKB/Cm/rKB

— добротность кварцевого резонатора; б0

=

=

2 п / к в С 0 к в гкв

— параметр,

характеризующий шунтирова­

ние кварцевого

резонатора

статической

емкостью С 0 к в .

 

 

Теперь перейдем непосредственно к

составлению уко­

роченных уравнений для автогенератора, схема которого приведена на рис. 4.18. Выражение для комплексной про­ водимости контура рассматриваемого автогенератора имеет вид*'

i(XL-xcy

 

Ro %к

 

 

 

 

Ro Z-K

 

 

 

 

0 - ^ Z K B

 

 

Ro

r K B (1 4 - /« )

4 '

1 — 60

а ф /60

 

r m

(14-ja)

 

 

 

 

1 6 0

« ф /6„

 

 

гкв (1

4

(4.9)

 

 

la)

— /

 

1 — б0

g

ф. 0

 

r K B

(1<Н«)

V

Ro4

1— S0

а 4 /б 0

 

 

 

*' Величина сопротивления потерь г, контурной катушки L

принята равной нулю ввиду его малости по сравнению с величи­ ной R0.

Условие стационарности режима для автоколебательной системы, представленной на рис. 4.22, имеет следующий вид:

У((о)+У = 0.

(4.10)

Подставляя в (4.10) выражение для эквивалентной проводи­ мости ТД Y = 1л1д и выражение (4.9) и приравнивая действительную и мнимую части полученного уравнения нулю, получаем уравнения, позволяющие определить ча­ стоту и амплитуду автоколебаний в виде

^ v ( i - i ) [ ^ ( . - i / f ) - i / f ] +

X T - ' H ' V f - ' i - i ]

 

 

+

б0

~\/тпу

jj

 

 

 

 

я 2 ^ б 0

"\/тпу

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

х

6„ ~\/тпу

 

= 0;

(4.11)

 

 

 

 

 

г ив

 

 

тп I п

 

А

/

б 0 -в / т л \

г Ymny

/

т ( т ^ ' ) ^ ( 1

- ^ | / т ) а

 

 

 

 

 

 

 

 

(4.12)

В выражениях

(4.11), (4.12)

введены

следующие

обозна­

чения [27k

у = LmCKB/LC

=

со0 2 /соквмера расстройки

контура LC

относительно частоты

сок в ;

г = гкв/1

R | —

относительное сопротивление потерь кварцевого резона­ тора; | — R | — модуль отрицательного сопротивления ТД;

©о = l/V~LC

— собственная частота резонансного контура,

образованного из L и С. Выражение, стоящее в правой ча­

сти уравнения (4.12), имеет размерность

сопротивления.

По аналогии

с

общепринятым

понятием

управляющего

сопротивления,

широко

применяющимся в общей теории

автогенераторов,

назовем

это

выражение

«управляющим

сопротивлением» схемы

на рис. 4.18

и будем в

даль­

нейшем обозначать его

Ry.

уравнении

(4.12)

Если в полученном

таким образом

обобщенную расстройку а рассматривать как дифферен­ циальный оператор dldt [30], то из уравнения (4.12) можно сразу получить укороченные уравнения, описывающие процессы в рассматриваемом автогенераторе.

Поскольку уравнения (4.11) и (4.12) справедливы как при конечных амплитудах колебаний (в установившемся режиме), так и при бесконечно малых амплитудах (в момент самовозбуждения), то, подставляя в уравнение (4.12) зна­ чение отрицательного сопротивления | — R Q |, соответствую­ щее рабочей точке на вольтамперной характеристике ТД,

условие самовозбуждения для всех трех схем

автогенера­

торов (рис. 4.18—4.20) можно представить в виде

•R0\

(4.13)

или

 

R y / \ ~ R 0 \ > 1 .

Выражения для определения частоты (обобщенной рас­ стройки а) и управляющего сопротивления R Y для схемы, приведенной на рис. 4.19, могут быть получены аналогично и приводятся к форме уравнений (4.11), (4.12). Поэтому сразу запишем получившиеся для этой схемы уравнения:

 

 

 

 

сс2 + -

- - l l

x

 

 

 

 

 

Y

 

 

X (2 ^-/mny

+ l

а У mny -f- п 1(1

 

L ) (T- + I)2 ^Y + " ( I + - 7 -

X

 

X

«о

Ymnyi

1

:0;

(4.14)

 

 

r

\

у

 

 

rK

B У mny

Ymny — na 4-

Уmny

(1 — 60 a)

 

г

V

 

 

 

 

(4.15)

 

n

V mny ( — 1

a - f — 6C

 

 

 

 

 

Y

 

 

 

Полученные таким же образом уравнения для определе­ ния частоты и управляющего сопротивления, описывающие

автогенератор, схема которого приведена на рис. 4.20, имеют вид:

\/ тпу ^ — l j ^ n m — 4 - ^ - 6om j — — 60 m х

Рис. 4.24. Графики

зависимостей относительного управляющего

сопротивления Ry/\—R\(—)

и

обобщенной

частотной расстройки

а (

) от

у для схемы

на

рис,

4.19:

a—m—l; Л = 0,9;

6о=»0

б—Л»=1;

Л = 0,6;

в, = 0.

Рис. 4.25. Графики зависимостей относительного управляющего

сопротивления

|

^-j (

 

)

и

 

обобщенной

частотной расстройки

 

а

(

)

от

у

для схемы

на

рис. 4.20:

 

a _ m

=

l ; п = 0,9;

б 0

=

0;

б — т = 1 ;

п = 0,6;

6„ = 0.

 

Выражения

(4.11),

(4.12),

(4.14)—(4.17)

позволяют

оце­

нить влияние относительных

параметров т,

п, г и б0

авто­

генератора на его работу.

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 4.23—4.25 для схем, приведенных на рис. 4.18— 4.20, представлены графики зависимостей относительного управляющего сопротивления автогенератора Ry/ \ — R\ и частоты (обобщенной расстройки а) от величины расстрой­ ки у контура LC, рассчитанные с помощью выражений (4.11),

(4.12), (4.14)—(4.17). Параметрами в данном расчете явля­ ются величины « и г .

Для оценки влияния параметра б0 на работу автогене­ раторов для рассмотренных схем (рис. 4.18—4.20) рассчита-

(1

Рис. 4.26. Зависимость

p^p(V) (а) и а (у) (б)

при

б 0 =

0,3

( « = » 1;

„ =

0,9;

г

•= 1):

- - - для схемы на рис. 4.18; для схемы на рис. 4.19;

— • — для схемы на рис.4.20.

ны графики зависимостей rz^|(v) и а(у) (рис. 4.26 сравнить

с аналогичными зависимостями на рис. 4.23—4.25 при б 0 = = 0).

4.4.1. Расчет стационарной

амплитуды

кварцевых автогенераторов

на ТД

Коротко остановимся на расчете амплитуды установив­ шихся автоколебаний Uv автогенераторов. Определить значение стационарной амплитуды можно с помощью

237

уравнений (4.12), (4.15) и (4.17). Для этого нужно либо знать аналитическое выражение зависимости R{U), либо иметь экспериментальную кривую этой зависимости. Ампли­ туда стационарных колебаний во втором случае опреде­ ляется как абсцисса точки пересечения кривой R(U) с гори­ зонтальной прямой, проведенной на уровне Ry (рис. 4.27).

На рис. 4.28, а для удобства сравнения приведены рас­ четные кривые зависимости амплитуды напряжения UB на

О'

50

100

150

200

и,мв

Рис. 4.27. Графическое решение уравнения R7 = R (U).

контуре автогенератора от величины расстройки у для всех трех рассмотренных схем автогенераторов.

Расчет проводился с помощью графиков рг^г] (у)

(рис. 4.28, б), вычисленных

по

формулам

(4.12), (4.15)

и (4.17), и экспериментальной кривой R(U)

(рис. 4.27), по­

строенной по методике, предложенной в работе [31].

Количественно величина

t / P C T a q

определяется в резуль­

тате графического решения уравнения Ry

R(U).

4.4.2. Результаты экспериментального

исследования

Для проверки основных теоретических результатов, приведенных в данном параграфе, были сняты эксперимен­ тальные характеристики автогенераторов, собранных по схемам, приведенным на рис. 4.18—4.20, на частоте 1 МГц.

238

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ