Ответы на вопросы по LC автогенераторам. защита 1 лабы савченко. 2. Сформулируйте критерии устойчивости колебаний в автогенераторе

• Название: 2. Сформулируйте критерии устойчивости колебаний в автогенераторе
• Анкор: Ответы на вопросы по LC автогенераторам
• Дата: 09.03.2022
• Размер: 0.92 Mb.
• Имя файла: защита 1 лабы савченко.docx
• Тип: Документы; #388043

2.Сформулируйте критерии устойчивости колебаний в автогенераторе.

Запишем выражение для UВЫХ (р):



или

(8.1)

Предположим, что схема на рисунке 8.1 является автогенератором, т. е. устройством, самопроизвольно вырабатывающим гармонические колебания UВЫХ (р) ¹ 0. Тогда равенство (8.1) будет справедливо при тех значениях р, которые являются корнями характеристического уравнения

(8.2)

Значения этих корней будут определять возможность возникновения и частоту генерируемых колебаний (после соответствующей замены оператора р на jw). Из теории устойчивости следует, что система с обратной связью (рис. 8.1) будет устойчивой, если все корни характеристического уравнения (8.2) будут иметь отрицательные вещественные части, т. е. располагаться в левой полуплоскости комплексной плоскости рК = sК + jwК. Если хотя бы один из корней рК имеет положительную вещественную часть (sК > 0), то система становится неустойчивой. Известно, что неустойчивые электрические цепи не могут находиться в состоянии покоя. Любое случайное воздействие, каким бы оно малым не было (например, флуктуации теплового тока транзистора), вызывает нарастающие по амплитуде свободные колебания. Значение амплитуды колебаний в реальных электрических цепях ограничено нелинейными свойствами активного элемента, а частота определяется мнимой частью корня рК после замены р на jw. В цепи, таким образом, устанавливаются свободные электрические колебания с определенной частотой и постоянной амплитудой

Вариант 2( мне этот больше всего нравится)

В теории автогенераторов выражение (6) принято представлять в виде двух равенств:

; (7)

, (8)

где — коэффициент усиления усилителя с обратной связью; .

Соотношение (7) определяет условие баланса амплитудв автогенераторе. Из него следует, что в стационарном режиме на генерируемой частоте коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен единице, и имеет тот смысл, что для устойчивой работы автогенератора необходимо, чтобы поступление энергии в контур было бы равно энергии потерь за период колебаний.

Равенство (8) характеризует условие баланса фаз. Оно показывает, что в стационарном режиме суммарные фазовые сдвиги сигнала на частоте генерации, создаваемые усилителем и цепью положительной ОС, должны быть равны (или кратны) , т.е. подкачка энергии порциями через цепь обратной связи в контур должна осуществляться в фазе с собственными колебаниями в контуре. И физически означает тот факт, что обратная связь должна быть положительна. В схемах автогенераторов гармонических колебаний, работающих в стационарном режиме, соотношения (7) и (8) выполняются на одной фиксированной частоте , которая является резонансной для узкополосной колебательной системы.

Если же , то амплитуда выходных колебаний будет непрерывно нарастать, что является необходимым условием самовозбуждения генератора.

Вариант 3 ( из диска, там книга андреева )





4

4.Какие колебания дают начало процессу самовозбуждения?

В момент включения автогенератора в колебательной системе самопроизвольно возникают слабые свободные колебания, обусловленные включением источников питания, замыканием цепей, скачками токов и напряжений в усилительном приборе и так далее. Благодаря специально введенной цепи положительной ОС, часть энергии колебаний, возникающих на выходе усилителя, поступает на его вход. Ввиду наличия узкополосной (обязательно высокодобротной) колебательной системы, все описанные процессы происходят только на одной частоте и резко затухают на других частотах.

Вначале, после включения питания автогенератора, усиление сигнала происходит в линейном режиме, а затем, по мере роста амплитуды колебаний, существенную роль начинают играть нелинейные свойства усилительного элемента. В результате амплитуда выходных колебаний автогенератора достигает некоторого установившегося уровня и потом становится практически неизменной. Энергия, отбираемая усилителем у источника постоянного тока, за один период колебаний, равна энергии расходуемой за то же время в нагрузке. В этом случае говорят о стационарном режиме работы автогенератора.

6. Какова роль обратной связи?

При положительной обратной связи сигнал с выхода устройства возвращается на вход в той же фазе, что и входной сигнал

8.От чего зависит частота генерации?

Частота генерации и резонансная частота определяются резонансной частотой контура: . (10)

Если частота колебаний отклонится от значения то сопротивление контура перестанет быть активным и приобретет реактивный (индуктивный и емкостной) характер, что вносит дополнительный фазовый сдвиг, и условие баланса фаз перестает выполняться. Кроме того, отклонение частоты резонансной приводит к снижению Кус, и условие баланса амплитуд тоже может быть нарушено.

Т.о., генерация автоколебаний в рассматриваемом устройстве осуществляется на частоте (или близкой к ней)

Из графика в лабораторной работе : Частота генерации зависит от коэффициента взаимной индукции М обратно пропоруионально.

10.В чем суть квазилинейного метода исследования нелинейных цепей?



В основу исследования квазилинейных систем вместо характеристики можно ввести так называемую колебательную характеристику

,

где U- амплитуда входного напряжения

Между функциями и имеет место однозначная связь

.

Поэтому вид колебательной характеристики так же, как и график средней крутизны, зависит от вида характеристики нелинейного элемента и от положения рабочей точки на ВАХ. На рисунках 14 а и 14 б изображены колебательные характеристики для различных положений рабочей точки на ВАХ..



Рисунок 14 – Колебательные характеристики:

а) рабочая точка расположена в области наибольшей крутизны ВАХ;

б) рабочая точка расположена в области нижнего изгиба ВАХ

12. Особенности «мягкого» режима самовозбуждения автогенератора.

Мягкий режим самовозбуждения АГ осуществляется при выборе начальной рабочей точки (НРТ) на участке с максимальной крутизной передаточной характеристики усилительного нелинейного элемента НЭ

При выборе НРТ на участке с большой крутизной передаточной характеристики, колебательная характеристика (рис.2.23) в начальной её части (при малой амплитуде) имеет большую крутизну, т. к. ток коллектора растёт линейно с ростом сигнала возбуждения.



Далее с ростом амплитуды напряжения на входе усилительный элемент переходит в нелинейный режим, его средняя крутизна уменьшается, он переходит в режим насыщения, крутизна колебательной характеристики уменьшается (рис. 2.23).


При выбранном режиме и β_ОС1 рис. 2.23любые сколь угодно малые флуктуации напряжения U_тБЭ будут возрастать до величины U_{тБЭ.СТАЦ}. Причём колебания возникают легко (мягко). Правее точки А при β_ОС1 колебания возникать не будут, т. к. потери больше, чем вносимая энергия. Точка А соответствует стационарному режиму АГ при β_ОС1. Энергия потерь равна вносимой энергии по цепи ОС. В генераторе устанавливаются колебания с амплитудой I_т1CТАЦ. Если уменьшать β_ОС1, то угол наклона прямой ОС увеличится, амплитуда стационарных колебаний уменьшится, и при β_ОС4 колебания исчезнут, т. к. нет общей точки пересечения прямой ОС с колебательной характеристикой.

Зависимость стационарной амплитуды первой гармоники тока I_т1от коэффициента обратной связи β_ОС называется регулировочной характеристикой.

Рис 2.24. Регулировочная характеристика при мягком режиме самовозбуждения.

В мягком режиме колебания возникают и срываются при одном и том же значении β_ОС.

Достоинства мягкого режима - колебания возбуждаются легко (мягко) при малом β_ОС и имеется возможность плавно регулировать амплитуду колебаний изменением β_ОС.

Недостаток - генератор работает без отсечки тока, в режиме энергетически невыгодном. На НЭ рассеивается большая мощность, он находится в тяжёлом тепловом режиме. КПД автогенератора низкий.

14. Каков принцип действия автоматического смещения в АГ?

Для того чтобы АГ возбуждался в мягком режиме, а в стационарном состоянии работал в энергетически выгодном режиме с отсечкой тока, применяют автоматическое смещение на управляющий электрод усилительного элемента.

Начальное смещение подаётся или от отдельного источника, или через делитель R₁R₂ (рис. 2.28). Оно определяет НРТ на линейном участке передаточной характеристики.



Рис.2.28

Генератор возбуждается мягко. По мере роста амплитуды колебаний возникает автоматическое смещение Е_бэавт за счёт выпрямленного тока базы или за счёт постоянной составляющей тока эмиттера. Рабочая точка смещается в точку «В», и смещение становится стационарным, АГ работает с отсечкой тока в энергетически выгодном режиме.

16. Что называется регулировочной характеристикой в АГ?

Зависимость стационарной амплитуды первой гармоники тока I_т1от коэффициента обратной связи β_ОС называется регулировочной характеристикой.



Рис 2.24. Регулировочная характеристика при мягком режиме самовозбуждения.




Рис 2.27. Регулировочная характеристика

при жёстком режиме самовозбуждения.

18. Чем определяется стабильность частоты колебаний АГ?

Нагрузка АГ обычно нестабильна во времени и в общем случае комплексна. Нагрузка, подключенная через элемент связи к контуру АГ, вносит свою реактивность в контур, изменяя его параметры, а следовательно, и частоту АГ. Чем больше связь контура АГ с нагрузкой, тем больше влияние нагрузки на частоту АГ. Для увеличения стабильности частоты АГ применяют неполное включение контура АГ к нагрузке или применяют постоянную во времени и независимую от частоты нагрузку, что достигается включением между АГ и нагрузкой буферного каскада (рис. 2.35). Буферный каскад БК ставится в режим без отсечки тока, при котором его входное сопротивление не зависит от сопротивления нагрузки. БК имеет незначительный коэффициент усиления по мощности и низкий КПД.

Рис.2.35
На практике часто пользуются двухконтурной схемой АГ (рис. 2.36), в которой нагрузка слабо влияет на его частоту.

Рис.2.36

Добротность кварцевого резонатора значительно выше добротности контура, поэтому стабильность частоты генерируемых колебаний определяется кварцевым резонатором. Если под действием дестабилизирующих факторов собственная частота контура LC₁C₂изменится, в контуре появится фазовый сдвиг φ_К между током I_К и напряжением U_K. Кварцевый резонатор, из-за высокой добротности и вследствие этого крутой фазовой характеристики, при незначительном изменении частоты генерируемых колебаний скомпенсирует возникший фазовый сдвиг, и уравнение баланса фаз будет выполняться на частоте, близкой к f₀₁.

Кварцевые генераторы широко применяются в технике связи для стабилизации частоты АГ. Для повышения стабильности частоты КАГ кварцевый резонатор или весь генератор помещают в термостат и питают генератор от стабилизированного источника питания.\

20. Эквивалентная схема кварцевого резонатора, собственные частоты.

Кварцевая пластина представляет собой в эквиваленте (рис. 2.37) колебательную систему высокой добротности.



В такой колебательной системе резонанс наблюдается на двух частотах:

последовательный резонанс на частоте f₀₁ и параллельный резонанс на частоте f₀₂ (рис. 2.38).



Частоты f₀₁ и f₀₂ близки между собой и отличаются на 0,25% от резонансной частоты при С₀ /C_q≈ 2000.

На частоте f₀₁ сопротивление кварцевого резонатора имеет активный характер и малую величину. На частоте f₀₂ сопротивление кварцевого резонатора имеет активный характер и большую величину. В интервале частот f₀₁-f₀₂ сопротивление кварцевого резонатора имеет индуктивный характер.

Вследствие того, что частоты f₀₁ и f₀₂ стабильны, то используя кварцевый резонатор в АГ в качестве последовательного колебательного контура или индуктивности, можно получить высокую стабильность частоты АГ.

21а,б. Поясните назначение элементов и принцип работы автогенератора. Как рассчитать коэффициент обратной связи и частоту колебаний АГ?




Транзисторный диапазонный автогенератор собран по трёхточечной схеме с автотрансформаторной ОС, с комбинированным напряжением

смещения на базе: от источника Е_Кчерез делитель R₁R₂и автоматическое

смещение за счет I_К0, создаваемое на резисторе R_Э. Питание коллекторной

цепи последовательное через колебательный контур. Включение КЦ

в нагрузку не полное, что уменьшает влияние нагрузки на частоту АГ.





Транзисторный диапазонный АГ собран по трёхточечной схеме с ёмкостной ОС, с комбинированным напряжением смещения на базе, с параллельной схемой питания коллектора, неполным включением контура в цепь нагрузки.





Вариант Савченко:

Характеристика схемы (рис. 2.33). Транзисторный диапазонный (перестраиваемый по частоте в широких пределах) автогенератор собран по трёхточечной схеме с автотрансформаторной ОС, с комбинированным напряжением смещения на базе: от источника Е_К через делитель R₁R₂ и автоматическое смещение за счет I_К0, создаваемое на резисторе R_Э. Питание коллекторной цепи последовательное через колебательный контур. Включение КК в нагрузку неполное, что уменьшает влияние нагрузки на частоту АГ.

Рис. 2.33

(2.25)

Характеристика схемы (рис. 2.34). Транзисторный диапазонный АГ собран по трёхточечной схеме с ёмкостной ОС и комбинированным напряжением смещения на базе, параллельной схемой питания коллектора, неполным включением контура в цепь нагрузки.

Рис. 2.34