Расчет и испытания трёхточечных автогенераторов

Лабораторная работа №2

Расчет и испытания трёхточечных автогенераторов

Теоретические сведения

Автогенераторы (АГ) являются преобразователями энергии постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний высокой частоты. Частота и амплитуда генерируемых колебаний определяются только свойствами самих АГ.

АГ находят широкое применение в возбудителях радиопередатчиков, гетеродинах приемников, в радиолокационной и радионавигационной аппаратуре, в устройствах измерительной техники, установках промышленного использования токов высоких и сверхвысоких частот и т. п. Естественно, что и требования, предъявляемые к АГ в зависимости от их назначения, могут быть самыми разнообразными. Однако основным требованием, практически всегда предъявляемым к АГ вне зависимости от области его применения, является стабильность частоты генерируемых им колебаний.

Во многих случаях АГ должен допускать возможность целенаправленного изменения частоты генерируемых колебаний, например при переходе передатчика с одной рабочей частоты на другую, или в случае использования различных видов угловой модуляции или манипуляции.

Основными элементами АГ гармонических колебаний являются генераторный прибор (ГП) и колебательная система (КС). В качестве ГП обычно используются трех- и четырехполюсные генераторные приборы (биполярные и полевые транзисторы, электронные лампы, микросхемы, многокаскадные усилители) или двухполюсные ГП (диоды Ганна, лавинно-пролетные и туннельные диоды). Вне зависимости от типа используемого ГП его назначение – компенсировать затухание колебаний в КС за счет введения в нее порций энергии от источника питания постоянного тока, что можно трактовать как  подключение к КС отрицательного дифференциального сопротивления, компенсирующего сопротивление потерь.

В лабораторной работе исследуются АГ с положительной обратной связью (ОС). Обобщенная схема таких АГ может быть представлена в виде каскадного соединения двух четырехполюсников, первым из которых является ГП, а вторым – КС. При этом выходные клеммы КС следует соединить с входными клеммами ГП (рис..1).

При разомкнутом ключе схема на рис.1 схема представляет усилитель с КС на выходе (избирательный усилитель). Если на вход такого усилителя подается гармоническое напряжение с комплексной амплитудой  , а параметры  колебательной  системы  выбраны  так,  что  в  установившемся   режиме выполняется равенство:

[pic 1] = [pic 2],                                             (1)

то одновременное отключение источника возбуждения от ГП и замыкание ключа не должно, по крайней мере в первый момент, привести к изменению токов и напряжений в схеме. Иными словами, генератор останется в состоянии равновесия. Обозначив [pic 3]  и учитывая, что [pic 4], а [pic 5][pic 6], из  (3.1) нетрудно найти

[pic 7]=[pic 8][pic 9][pic 10]                                     (2)

и представить уравнение равновесия в следующем виде:

[pic 11][pic 12][pic 13] = 1,                                            (3)

где [pic 14] – комплексное входное сопротивление КС, [pic 15] – коэффициент обратной связи, [pic 16] – средняя крутизна ГП.

[pic 17]

Часто более удобной оказывается другая запись уравнения (3):

[pic 18][pic 19] = 1.                                                  (4)

Здесь [pic 20] =[pic 21][pic 22] – управляющее сопротивление, представляющее собой параметр, характеризующий свойства линейной части АГ и имеющий размерность сопротивления.

В общем случае все сомножители, входящие в (3), являются комплексными, что позволяет представить его в виде двух вещественных уравнений:

[pic 23],                                            (5)

[pic 24], n = 0, 1, 2, …,                            (6)

где [pic 25],[pic 26], [pic 27] – соответственно фазовые углы средней крутизны, эквивалентного сопротивления КС и коэффициента обратной связи.

Аналогичным образом можно поступить и используя запись уравнения равновесия в форме (5,6), т. е.

[pic 28],                                            (7)