VI. Текст лекции

1.Мягкий и жесткий режимы самовозбуждения.

При выполнении в схеме условий самовозбуждения, даже в отсутствии воздействия на входе, происходит процесс нарастания амплитуды выходного напряжения до тех пор, пока он не будет ограничен нелинейностью проходной вольтамперной характеристики транзистора. На выходе автогенератора установятся колебания с постоянной амплитудой, т. е. автогенератор перейдет в стационарный режим работы. В стационарном режиме по цепи обратной связи возвращается напряжение, обеспечивающее неизменность амплитуды выходного. Это обеспечивается при выполнении условия:

Фазовое условие самовозбуждения должно выполняться тоже.

Условия

 

называют соответственно условием баланса амплитуд и условием баланса фаз.

Так как коллекторной нагрузкой транзистора в схемах автогенераторов является колебательный контур, даже при негармоническом коллекторном токе, напряжение на контуре будет создавать только его первая гармоника:

 

Коллекторный ток в схеме и величина его первой гармоники являются функцией:

эта зависимость называется колебательной характеристикой автогенератора.

Форма колебательной характеристики зависит от исходного состояния транзистора (положения его рабочей точки на вольтамперных характеристиках). Если рабочая точка выбирается на середине участка проходной характеристики транзистора с максимальной крутизной, колебательная характеристик автогенератора будет иметь вид, показанный на рис.1б), она представляет собой выпуклую, монотонно растущую кривую. Такой режим работы автогенератора называют «мягким режимом».

Рис.1

Если рабочая точка выбирается на начальном нелинейном участке проходной характеристики транзистора, колебательная характеристика автогенератора будет иметь вид, показанный на рис. 2б), она представляет собой кривую с перегибом. Такой режим работы автогенератора называют «жестким режимом».

Рис. 2

В стационарном состоянии должно выполняться:

 

или

 

Найти величины, удовлетворяющие этому уравнению, можно графически, построив графики левой и правой частей в одних осях координат. Графиком левой части является колебательная характеристика, графиком правой части является прямая, наклон которой зависит от величин, эти прямые называют «прямыми обратной связи».

На рис. 3а) такое построение показано для автогенератора, работающего в мягком режиме.

Рис.3

При малых значениях коэффициента ОС ( графики пересекаются только в нулевой точке, что соответствует отсутствию в автогенераторе колебаний (малое значение коэффициента обратной связи не обеспечивает выполнения амплитудного условия самовозбуждения). Увеличение коэффициента ОС до значений приводит к появлению еще одной точки пересечения колебательной характеристики и прямой обратной связи, соответственно точке 1 и точке 2. Точка 0 в обоих случаях становится неустойчивой: появление сколь угодно малого приведет к нарастанию до значений соответствующих точкам 1 или 2. Состояние схемы, соответствующее этим точкам оказывается абсолютно устойчивым, т. е. они являются точками, соответствующими стационарной работе автогенератора. Задавая разные значения K_ос, можно получить зависимость , которую называют кривой возбуждения автогенератора. График этой кривой для автогенератора, работающего в мягком режиме, показан на рис. 3б). Мягкий режим работы характеризуется малым значением К_ос, необходимым для возникновения в схеме колебаний, заметным изменением при изменении. Возникновение колебаний при увеличении коэффициента ОС и их срыв при уменьшении коэффициента ОС происходят при одном и том же значении. Коллекторный ток в рабочей точке при мягком режиме работы имеет довольно большую величину, что приводит к большому потреблению мощности от источника питания.

Для автогенератора, работающего в жестком режиме, токи и напряжения, характеризующие стационарное состояние, определяются так, как показано на рис. 4а).

Рис.4

При увеличении К_ос, точек пересечения прямой обратной связи и колебательной характеристики становится три: точки 0, 1 и 2. Устойчивое состояние схемы соответствует точке 2, но перейти в него схема может из точки 0, являющейся устойчивой в малом, т. е. для возникновения колебаний требуется случайное появление, что маловероятно. Состояние, соответствующее точке 1 является неустойчивым. Дальнейшее увеличение К_ос приведет к тому, что прямая обратной связи будет пересекаться с колебательной характеристикой в двух точках: точках 0 и 3. Состояние, соответствующее точке 0 становится неустойчивым и сколь угодно малое отклонение от нулевого значения приведут к переходу схемы в состояние, соответствующее точке 3, являющейся устойчивой. В жестком режиме работы самовозбуждение происходит при больших значениях К_ос, возникающие колебания имеют большую амплитуду, которая почти не изменяется, если продолжать увеличивать К_ос. Если в возбужденном автогенераторе уменьшать К_ос, то генерирование колебаний будет продолжаться даже при, и прекратится только при. В жестком режиме ход кривой возбуждения различается при увеличении и уменьшении К_ос.

Так как для обеспечения жесткого режима работы рабочая точка транзистора выбирается при малых значениях тока коллектора, мощность потребляемая схемой от источника питания оказывается меньше, чем при работе в мягком режиме.