Самовозбуждения автогенератора

Электрическая система называется устойчивой, если будучи выведенной из состояния равновесия после устранения возмущающего воздействия система возвращается в исходное состояние. Если же система не возвращается в исходное состояние, а переходит в новое состояние, то она не устойчива.

Для рассмотрения самовозбуждения воспользуемся характеристиками характеристиками.

Характеристикой обратной связи или линией обратной связи (ЛОС) называют зависимость напряжения обратной связи от амплитуды тока первой гармоники в колебательном контуре U_ос = f (I₁).

Колебательной характеристикой (КХ) называют зависимость амплитуды тока первой гармоники в колебательном контуре от напряжения возбуждения, поступающего на вход усилительного элементаI₁ = j (U_В). Вид колебательной характеристики зависит от величины угла отсечки.

Совместим характеристику обратной связи с колебательной характеристикой при угле осечки выходного тока q > 90⁰ (рис. 3.2). На рис. 3.2 точки 0 и А при значении коэффициента обратной связи, равном b₂, являются точками равновесия автогенератора. Точка 0 является неустойчивой. Действительно,

Рис. 3.2. Иллюстрация процедуры “мягкого” самовозбуждения автогенератора

после подключения питания через элементы колебательной системы автогенератора начинает проходить ток. Это сопровождается запасом энергии в электрическом поле емкости и в магнитном поле индуктивности. Далее в колебательной системе автогенератора возникает затухающий колебательный процесс, частота колебаний которого определяется параметрами колебательной системы. Так как в автогенераторе имеется положительная обратная связь, то через цепь обратной связи на вход транзистора поступит напряжение U^/_ос. На основании колебательной характеристики заключаем, что в выходной цепи возникает ток первой гармоники I^/₁. В свою очередь ток I^/₁ приводит к возникновению напряжения обратной связи U^//_ос. Последнее определяется на основании линии обратной связи при b=b₂. Аналогично рассуждая, приходим к заключению, что система переходит в точку А. Точка А является устойчивой. В колебательной системе устанавливается значение тока первой гармоники I_1уст, значение напряжения обратной связи U_{ос уст}. Также можно показать, что при U_ос > U_{ос уст} система возвращается в точку А. Итак, точка А соответствует стационарному режиму работы автогенератора.

Для выяснения особенностей работы генератора будем плавно увеличивать глубину обратной связи. Начиная с критического значения коэффициента обратной связи b_з = b_кр, в генераторе возникнут колебания, амплитуда которых определяется ординатой точки пересечения колебательной характеристики и линии обратной связи. Дальнейший рост величины обратной связи (b_кр → b₂) приводит к плавному увеличению амплитуды генерируемых колебаний, однако при значительной величине коэффициента обратной связи (b₂ → b₁) амплитуда генерируемых колебаний может уменьшиться из-за снижения колебательной характеристики.

Рис. 3.3. Влияние величины обратной связи на

амплитуду выходных колебаний автогенератора

При уменьшении коэффициента обратной связи амплитуда генерируемых колебаний плавно уменьшается до тех пор, пока характеристика обратной связи не станет касательной к колебательной характеристике.

Обобщенная трёхточечная схема

Автогенератора

Схема называется трёхточечной потому, что колебательная система, состоящая из сопротивлений z₁, z₂, z₃, тремя точками подключена к усилительному элементу.

На рис. 3.4 приведена обобщенная трёхточечная схема автогенератора. Схема называется обобщенной потому, что сопротивления z₁, z₂, z₃ представлены в общем виде. В качестве этих сопротивлений могут использоваться реактивные элементы L и С или более сложные системы. Рассмотрим общие свойства автогенератора. Так как усилительный элемент дает фазовый сдвиг между напряжением возбуждения (U_В) и на

пряжением на выходе (U_К) 180⁰ (при

Рис. 3.4. Обобщенная трехточечная схема

автогенератора

активном характере нагрузки), то для обеспечения баланса фаз необходимо в автогенераторе иметь дополнительный сдвиг на p. Это достигается с помощью сопротивлений z₁, z₂, которые по существу образуют цепь обратной связи. Обычно z_n = R_n ± jx_n @ ±jx_n, при n = 1, 2, 3, т.к. сопротивление R_n мало.

Для выполнения баланса фаз необходимо, чтобы выполнялось условие

х₁ +х₂ + х₃ = 0.

Это обеспечивается настройкой в резонанс колебательной системы, включенной в коллекторную (выходную) цепь усилительного элемента.

Рис. 3.5. Реализация баланса фаз в автогенераторе

Так как U_k >> U_В, то можно считать, что х₁ >> х₂, тогда резонанс в первом приближении наступит при условии х₁ @ –х₃, таким образом х₁ и х₃ по характеру реактивности различны. Цепочка, состоящая из элементов х₁ и х₂ дает сдвиг фаз между напряжением обратной связи (U_ос) и выходным напряжением (U_К) автогенератора 180⁰. Это имеет место в том случае, если элементы х₁ и х₂ имеют противоположный характер реактивности (рис.3.5). Для определенности положим, что х₁ > 0 (имеет индуктивный характер), а х₂ < 0 (имеет емкостной характер). Реактивное сопротивление элемента Х₁ = jwL, где L – индуктивность элемента х₁. Реактивное сопротивление элемента Х₂ = 1 / jwС, где С – емкость. Так как ½х₁½ >> ½х₂½, то характер цепи (рис. 3.5) будет практически индуктивный. Поэтому вектор тока будет отставать от вектора , порождающего этот ток, в пределе на угол p/2 (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Векторная диаграмма, иллюстрирующая фазовый сдвиг цепью обратной связи

Ток I_K, протекая по сопротивлению х₂, которое имеет емкостной характер, создает падение напряжения U_ос, вектор которого отстает от вектора тока I_К на угол p/2. Фазовый сдвиг между векторами напряжения на контуре и напряжения обратной связи составляет 180⁰.

Итак, в схемах автогенераторов:

– элементы z₁, z₂ должны быть противоположными по знаку реактивности;

­– элементы z₁, z₃ должны быть противоположными по знаку реактивности;

– элементы z₂, z₃ должны иметь одинаковые знаки реактивности;

– величина напряжения обратной связи определяется и варьируется элементом z₂. Его значение выбирается исходя из условия реализации баланса амплитуд.

Название трехточечной схемы (емкостная, индуктивная) определяется по элементу z₂. Автогенератор, построенный по схеме индуктивной трехточки, называют также автогенератором с автотрансформаторной обратной связью.