Базовые схемы режимов самовозбуждения (стр. 1 из 3)
АНАЛИЗ РЕЖИМОВ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ. БАЗОВЫЕ СХЕМЫ
Содержание
Введение
Сравнительный анализ режимов самовозбуждения генератора
Автогенератор с трансформаторной обратной связью
Автогенератор на туннельном диоде
Обобщенная схема трехточечного генератора
Заключение
Литература
Введение
Проведя сравнительный анализ режимов самовозбуждения автогенератора, отметив достоинства и недостатки этих режимов, необходимо акцентировать внимание на совмещении их достоинств в автоматическом смещении путем анализа конкретных схем его обеспечения.
Рассматривая базовые схемы автогенераторов с применением трансформаторов и туннельных диодов, особое внимание следует уделить на понимание курсантами физических процессов, происходящих при самовозбуждении и работе генераторов, а также сделать опору на изученные теоретические основы автоколебаний.
Первый патент на трехточечную схему выдан инженеру американской фирмы "Вестерн электрик" Р. Хартлею (1975 г.), имя которого она носит в радиотехнической литературе. Это индуктивная трехточка. В схеме Хартлея обратная связь изменяется путем перемещения точки присоединения катода по виткам катушки индуктивности контура. В 1918 году инженер той же фирмы Э. Колпитц запатентовал схему лампового генератора с емкостной обратной связью. Схемы Хартлея и Колпитца являются основными схемами автогенераторов и прототипами всех исторически более поздних автогенераторов.
В конце первой мировой войны в ламповой технике генерирования незатухающих колебаний были сделаны попытки использовать внутриламповые емкости. Положительная обратная связь через емкость сетка-анод триода, с которой боролись в радиоприемниках, здесь оказалась полезной. Одна из ранних схем такого типа имела два контура – один в анодной цепи, другой – в сеточной цепи и была эквивалентна индуктивной трехточке. Колебания возникали, когда контуры были несколько расстроены относительно частоты генерации и имели индуктивное сопротивление. Эта схема нашла применение на коротких волнах в радиолюбительской практике 20-х годов. Позднее появились другие варианты двухконтурных генераторов. Важно подчеркнуть, что все они сводились либо к индуктивной, либо к емкостной трехточкам. Принципы построения ламповых генераторов сохранились до наших дней, несмотря на то, что элементная база шагнула далеко вперед (от лампового триода до интегральных микросхем).
Сравнительный анализ режимов самовозбуждения генератора
Проведем сравнительный анализ режимов самовозбуждения, используя при этом различные характеристики автогенератора.
Мягкий режим.
Если рабочая точка находится на участке характеристики iK(uБЭ) с наибольшей крутизной, то режим самовозбуждения называется мягким.
Проследим за изменениями амплитуды тока первой гармоники в зависимости от величины коэффициента обратной связи КОС. Изменение КОС приводит к изменению угла наклона a прямой обратной связи (рис.1)
а) б)
Рис. 1 Мягкий режим самовозбуждения
При КОС = КОС1 состояние покоя устойчиво и генератор не возбуждается, амплитуда колебаний равна нулю (рис. 1 б). Величина КОС = КОС2 = ККР является граничной (критической) между устойчивостью и неустойчивостью состояния покоя. При КОС = КОС3 > ККР состояние покоя неустойчиво, генератор возбудится, и величина Im1 установится соответствующей точке А. При увеличении КОС величина первой гармоники выходного тока будет плавно расти и при КОС = КОС4 установится в точке Б. При уменьшении КОС амплитуда колебаний будет уменьшаться по той же кривой и колебания сорвутся при коэффициенте обратной связи КОС = КОС2 < ККР.
В качестве выводов можно отметить следующие особенности мягкого режима самовозбуждения:
- для возбуждения не требуется большой величины коэффициента обратной связи КОС;
- возбуждение и срыв колебаний происходят при одном и том же значении коэффициента обратной связи ККР;
- возможна плавная регулировка амплитуды стационарных колебаний путем изменения величины коэффициента обратной связи КОС;
- как недостаток следует отметить большое значение постоянной составляющей коллекторного тока, что приводит к малому значению КПД.
Жесткий режим.
Если рабочая точка находится на участке характеристики iK = f(uБЭ) с малой крутизной S < SMAX, то режим самовозбуждения называется жестким.
Проведем анализ режима (аналогично мягкому режиму самовозбуждения) по колебательной характеристике автогенератора Im1 = f (UmБЭ) и характеристике Im1 = f (КОС), представленных на рисунках 2 а) и б) соответственно.
а) б)
Рис. 2 Жесткий режим самовозбуждения
Анализируя точки пересечения прямых обратной связи с колебательной характеристикой, приходим к выводу, что возбуждение автогенератора произойдет, когда коэффициент обратной связи превысит величину КОС3 = КОСКР. Дальнейшее увеличение КОС приводит к небольшому увеличению амплитуды первой гармоники выходного (коллекторного) тока Im1 по пути В-Г-Д. Уменьшение КОС до КОС1 не приводит к срыву колебаний, так как точки В и Б устойчивы, а точка А устойчива справа. Колебания срываются в точке А, т. е. при КОС < КОС1, так как точка А неустойчива слева.
Таким образом, можно отметить следующие особенности работы генератора при жестком режиме самовозбуждения:
- для самовозбуждения требуется большая величина коэффициента обратной связи КОС;
- возбуждение и срыв колебаний происходят ступенчато при разных значениях коэффициента обратной связи КОС;
- амплитуда стационарных колебаний в больших пределах изменяться не может;
- постоянная составляющая коллекторного тока меньше, чем в мягком режиме, следовательно, значительно выше КПД.
Сравнивая положительные и отрицательные стороны рассмотренных режимов самовозбуждения, приходим к общему выводу: надежное самовозбуждение генератора обеспечивает мягкий режим, а экономичную работу, высокий КПД и более стабильную амплитуду колебаний – жесткий режим.
Стремление объединить эти преимущества привело к идее использования автоматического смещения, когда генератор возбуждается при мягком режиме самовозбуждения, а его работа происходит в жестком режиме. Сущность автоматического смещения рассмотрена ниже.
Автоматическое смещение.
Сущность режима заключается в том, что для обеспечения возбуждения автогенератора в мягком режиме исходное положение рабочей точки выбирается на линейном участке проходной характеристики с максимальной крутизной. Эквивалентное сопротивление контура выбирается таким, чтобы выполнялись условия самовозбуждения. В процессе нарастания амплитуды колебаний режим по постоянному току автоматически изменяется и в стационарном состоянии устанавливается режим работы с отсечкой выходного тока (тока коллектора), т. е. автогенератор работает в жестком режиме самовозбуждения на участке проходной характеристики с малой крутизной (рис. 3).
Рис. 3 Принцип автоматического смещения автогенератора
Напряжение автоматического смещения получают обычно за счет тока базы путем включения в цепь базы цепочки RБCБ (рис. 4).
Рис. 4. Схема автоматического смещения за счет тока базы
Начальное напряжение смещения обеспечивается источником напряжения ЕБ. При возрастании амплитуды колебаний увеличивается напряжение на резисторе RБ, создаваемое постоянной составляющей базового тока IБ0. Результирующее напряжение смещения (ЕБ - IБ0RБ) при этом уменьшается, стремясь к ЕБСТ.
В практических схемах начальное напряжение смещения обеспечивается с помощью базового делителя RБ1, RБ2 (рис. 5).
Рис. 5. Автоматическое смещение с помощью базового делителя
В этой схеме начальное напряжение смещения
где
– ток делителя.При возрастании амплитуды колебаний постоянная составляющая тока базы IБ 0 увеличивается и смещение ЕБ уменьшается по величине, достигая значения ЕБСТ в установившемся режиме. Конденсатор СБ предотвращает короткое замыкание резистора RБ1 по постоянному току.
Следует отметить, что введение в схему генератора цепи автоматического смещения может привести к явлению прерывистой генерации. Причиной ее возникновения является запаздывание напряжения автоматического смещения относительно нарастания амплитуды колебаний. При большой постоянной времени t = RБСБ (рис. 8.41) колебания быстро нарастают, а смещение остается практически неизменным – ЕБ.НАЧ. Далее смещение начинает изменяться и может оказаться меньше той критической величины, при которой еще выполняются условия стационарности, и колебания сорвутся. После срыва колебаний емкость СБ будет медленно разряжаться через RБ и смещение вновь будет стремиться к ЕБ.НАЧ. Как только крутизна станет достаточно большой, генератор снова возбудится. Далее процессы будут повторяться. Таким образом, колебания периодически будут возникать и снова срываться.