Расчет и моделирование индуктивного трехточечного автогенератора

Расчет состоит в том, чтобы на основе расчетов и моделирования усилительного каскада по постоянному и переменному току, произвести расчет и моделирование индуктивной трехточечной схемы автогенератора для заданной частоты генерации
f = 1.6 МГц. Значение коэффициента нелинейных искажений на частоте генерации полученного автогенератора не должно превышать 5%.

Произведем расчет и моделирование индуктивной трехточечной схемы автогенератора, используя схему усилительного каскада по переменному току (рисунок 2.5.1).

Рисунок 2.5.1 Схема усилительного каскада по переменному току

Избирательная цепь любого трехточечного автогенератора может быть сведена к параллельному колебательному контуру. Заменим коллекторное сопротивление R_к= 1,5кОм на параллельный колебательный контур LC типа.

Поскольку известны выражение, связывающее элементы контура и собственную резонансную частоту, а также выражение, связывающее элементы контура и его активное сопротивление на резонансной частоте, то, решая совместно, получим:

Для проверки баланса амплитуд и фаз, колебательный LC контур включаем в схему усилителя вместо коллекторного резистора усилителя R_к. Полученная схема представляет усилитель сигналов, но уже не с резистивной нагрузкой в цепи коллектора, а резонансной, в виде колебательного контура. Такой усилитель называют резонансным (рисунок 2.5.2).

Рисунок 2.5.2 Схема однокаскадного усилителя сигналов переменного тока с избирательной цепью

Имитационное моделирование схемы усилителя сигналов переменного тока с реальной избирательной цепью является важнейшим этапом перед формированием схемы автогенератора. На этом этапе должны быть определены АЧХ и ФЧХ усилителя, обеспечивающие условия самовозбуждения автогенератора.

а)

б)

Рисунок 2.5.3 АЧХ (а) и ФЧХ (б) усилителя сигналов переменного тока с избирательной цепью

Результаты моделирования схемы (рисунок 2.5.2) приведены на рисунке 2.5.3

Чтобы обеспечить требуемый коэффициент усиления К_ус ≥ 30, номиналы эммитерных сопротивлений R_э1 и R_э2 пришлось незначительно изменить и кроме того произвести регулировку индуктивностей и емкостей для более точной фазировки (см. рисунок 2.5.2).

Для создания автогенератора необходимо создать цепь положительной обратной связи. С этой целью, для получения индуктивного трехточечного автогенератора, необходимо произвести разделение индуктивности в колебательном контуре на две части. Причем, деление индуктивности должно быть выполнено так, чтобы обеспечивался коэффициент обратной связи:

Поскольку коэффициент усиления усилителя К_ус = 36.7 (рис. 3.5.3, а), то:

Запишем два уравнения:

Решим эти уравнения совместно:

Теперь из схемы усилителя сигналов (рис. 3.5.2) убираем подключенный к входу внешний источник сигнала и вместо него на вход усилителя включаем цепь обратной связи для подачи сигнала с выхода усилителя.

Рисунок 2.5.4 Принципиальная схема емкостного трёхточечного автогенератора с положительной обратной связью

Получаем схему индуктивного трёхточечного автогенератора с положительной обратной связью (рисунок 2.5.4).

В окончательном варианте схемы, емкости контура имеют несколько другие значения, которые были откорректированы при настройке автогенератора. Связано это с неидеальностью параметров схемы и погрешностями расчетов. Тем не менее, отклонения параметров расчета незначительны.

Рисунок 2.5.5 Осциллограмма на выходе индуктивного трехточечного автогенератора

Синусоидальный сигнал на выходе автогенератора изображен на рисунке 2.5.5.

По осциллограмме (рисунок 2.5.5) произведем расчет частоты генерации на выходе полученного автогенератора:

((Т2-Т1) – время одного периода напряжения на нагрузке,

t = (Т2-Т1) = 930.2 нс. Следовательно частота генерации равна:

На графике (рисунок 2.5.6) видны колебания, возбуждаемые данным автогенератором. Стационарный режим наступает приблизительно через 441.868 мкс с момента подачи питания.

Измерим напряжения на входе (рисунок 2.5.7, а) и выходе (рисунок 2.5.7, б) индуктивного трехточечного автогенератора.

Рисунок 2.5.6 Форма нарастания амплитуды колебаний в емкостном трехточечном автогенераторе

Рисунок 2.5.8 Коэффициент нелинейных искажений

Значение коэффициента нелинейных искажений на частоте генерации полученного автогенератора f_г = 1.6 МГц представлено на рисунке 2.5.8.

Коэффициент нелинейных искажений равен 4.15 %. Это значит, что полученные в результате моделирования синусоидальные генерируемые колебания отличаются от идеальной синусоиды на 4.15 %.

Рассчитаем значение мощности в нагрузке индуктивного трехточечного автогенератора:

Заключение

В результате выполнения работы был разработан автогенератор с индуктивной трехточкой. Получены следующие его параметры, подтвержденные расчетами и моделированием:

• частота генерации f_г = 1.6 МГц. Отклонение от заданной частоты генерации
f_г = 1.6 МГц составляет около 0 %, что удовлетворяет требованию задания;

• коэффициент усиления каскада по переменному току ;