Блок-схема автогенератора. Работа

Структурная схема автогенератора. Функциональная схема автогенератора (рис. 22.9, а) содержит колебательную систему КС (обычно контур), в которой возбуждаются требуемые незатухаю­щие колебания; источник электрической энергии ИЭ (источник питания), за счет которого в контуре поддерживаются незатухаю­щие колебания; усилительный элемент УЭ (транзистор или лам­па), с помощью которого регулируется подача энергии от источ­ника в контур; элемент обратной связи ЭОС, посредством которо­го осуществляется подача возбуждающего переменного напряже­ния из выходной во входную цепь.

По способу осуществления обратной связи различают автогене­раторы с индуктивной (трансформаторной или автотрансформа­торной) и емкостной обратной связью. Используются также схемы двухконтурных генераторов с электронной связью и с обратной связью через междуэлектродные емкости.

Принцип действия. Схемы автогенераторов с индуктивной (трансформаторной) ОС приведены на рис. 22.9, бив.При вклю­чении источников питания в коллекторной (анодной) цепи тран­зистора (лампы) возникает ток коллектора, который заряжает конденсатор колебательного контура. После заряда конденсатор разряжается на катушку. В результате в контуре L_KC_K возникают свободные колебания с частотой f₀= 1/(2π√L_KC_K), индуктирую­щие в катушке связи L_C переменное напряжение той же частоты, с которой происходят колебания в контуре. Это напряжение вы­зывает пульсацию тока коллектора (анода). Переменная состав­ляющая этого тока восполняет потери энергии в контуре, созда­вая на нем усиленное транзистором переменное напряжение.

Рис. 22.9. Схемы автогенераторов с индуктивной ОС

Процесс возникновения колебаний в генераторе показан на рис. 22.10, а и б. В начальный момент (при включении источника питания) свободные колебания в контуре имеют малую амплиту­ду, поэтому индуктированное этими колебаниями напряжение воз­буждения на базе транзистора U_б или сетке лампы U_c невелико. После усиления сигнала усилительным элементом ток в контуре i_к (i_а) возрастает, в результате чего увеличивается амплитуда на­пряжения возбуждения u_б, (u_c), а следовательно, и амплитуда то­ка в контуре. В установившемся режиме рост тока в контуре огра­ничивается сопротивлением потерь контура, а также затуханием, вносимым в контур за счет прохождения тока по обмотке обратной связи. Незатухающие колебания в контуре автогенератора уста­новятся лишь при выполнении фазового (баланс фаз) и амплитуд­ного (баланс амплитуд) условий самовозбуждения генератора.

Фазовое условие сводится к тому, что в схеме генератора должна быть установлена положительная ОС между выходной и входной цепями транзистора (лампы). В этом режиме обеспечи­вается восполнение потерь энергии в контуре. Фазовое условие самовозбуждения выполняется, если суммарный сдвиг фаз усилительной цепи К и обратной связи β составляет 2πп, где n =0, 1, 2,... Практически фазовое условие удовлетворяется, если переменное напряжение на входе усилительного элемента изменяется в противофазе с переменным напряжением на контуре выходной цепи.

Обычно резонансное сопротивление параллельного контура имеет чисто активный характер. При воздействии на базу (сетку) сигнала с частотой, равной частоте резонанса, напряжение на коллекторе (аноде) будет сдвинуто по фазе на 180° (как в обычном резисторном каскаде усиления). Напряжение, индуктируемое в обмотке ОС L_C, за счет тока I_К, проходящего через контурную ка­тушку L_K, равно U_β= ±jω₀ MI_K, где М — коэффициент взаимоиндук­ции между катушками. Правильная фазировка колебаний дости­гается соответствующим включением в схему концов катушки ОС, при котором U_β=-jω₀ MI_K. В этом случае общий фазовый сдвиг в схеме усилитель — цепь ОС составит φ_К+φ_β=0, т. е. в схеме установится положительная ОС.

Амплитудное условие самовозбуждения схемы состоит в том, что для возникновения автоколебательного режима затухание сигнала, вносимое цепью ОС, должно компенсироваться усилите­лем. Глубина положительной ОС должна быть такой, чтобы пол­ностью восполнялись потери энергии в контуре. При положитель­ной ОС коэффициент усиления К_β=К/(1—βК).

Коэффициент передачи цепи ОС, показывающий, какая часть переменного напряжения контура подается на базу (сетку) усилительного элемента в установившемся режиме работы генератора,

(22.18)

Учитывая, что усилитель с положительной ОС переходит в режим генерации при условии К_β≥1, коэффициент передачи це­пи ОС, при котором обеспечивается самовозбуждение, будет равен β≥1/К_уст. Для транзисторной схемы коэффициент усиления на резонансной частоте в установившемся режиме

и для ламповой

где S, R_i, μ— статические параметры лампы.

При удовлетворении условий баланса фаз и амплитуд в схеме автогенератора возможно установление колебательного режима.

Рис. 22.10. К объяснению процесса самовозбуждения