Глава 4. Генераторы гармонических колебаний

 

Определение.

Автогененераторы – генераторы колебаний, частота и амплитуда которых определяется параметрами схемы.

Как правило, автогенератор содержит колебательный контур, в котором возбуждаются колебания, близкие по форме к синусоидальным. Чтобы колебания не затухали нужно скомпенсировать потери энергии

С ростом амплитуды колебаний усиление падает из-за нелинейности и возникает стационарный режим.

 

Для компенсации потерь нужен источник энергии и усилитель с положительной ОС, чтобы поддерживать колебания

 

Самовозбуждение автогенератора

Рассмотрим простейшую схему.

Более простые соотношения можно получить для полевого транзистора, полагая ток затвора равным 0

 

Составим систему уравнений

1)

2)

3)

4)

5)

 

 

1) Состояние покоя

- нагрузочная прямая

 

 

2) Проверим устойчивость, для этого даём некоторое приращение

Учитывая, что

Получим:

, где ,

Решение ищем в виде

 

 

При состояние покоя неустойчиво, и от любого толчка начнется процесс самовозбуждения

 

Условия самовозбуждения

1)

; 2)

коэффициент ОС, для sin режима

Иначе

 

 

Стационарный режим автогенератора

Пусть добротность колебательной системы , тогда

Примем

 

 

для частоты схема:

 

Кроме тривиального решения:

есть ещё:

,

Где ,

 

Это комплексное уравнение с 2-мя скалярными неизвестными эквивалентно двум уравнениям

 

1) - уравнение баланса фаз

2) - уравнение баланса амплитуд

Можно записать при

 

 

;

 

 

 

;

 

точно

Условия самовозбуждения

 

§3 Мягкое и жесткое условие самовозбуждения

Зависит от выбора рабочей точки

1) Мягкий режим

надо найти

При аппроксимации полиномом можно проще

 

Такая характеристика и зависимость от соответствуют режиму возбуждения называемому мягким.

 

Жесткий режим

 

для аппроксимации вблизи требуется больше членов

,

Кроме того, четные степени не дают основную гармонику

 

 

 

При и условие самовозбуждения не выполняются, но при наличии колебаний они могут быть незатухающими. Как возбудить эти колебания? Возможно ли это да, - но большим толчком, а не за счет шумов.

Вопрос состоит в том, какое из двух возможных амплитуд реализуется А или В?

На этот вопрос ответ дает дополнительное исследование устойчивости стационарного режима

т.е “А”-стационарный режим

 

Достоинства и недостатки

Мягкий режим: +: легче возбуждать, регулировать амплитуду

-: КПД мал(режим А), искажение формы для БПТр

 

 

Автосмещение в генераторах

Схема с автосмещением на полевом транзисторе.

1)Искажение

2)КПД

 

 

(рис.18, стр72)

без

 

при

 

 

условие генерации гармонического сигнала без искажений.

 

 

при этом

 

 

-соотношение устойчивого режима

 

Это равенство может быть нарушено при большой , когда

При этом возникает режим прерывистой генерации.

(рис.21, стр73) Причина в том, что за время переходного процесса

Получается большая амплитуда , затем по мере заряда

Кривая уйдет ниже - срыв колебаний. Далее емкость разрядится и все повторяется.

 

Схема на БПТ

Для БПТ автосмещение создается чаще за счет , а не (в остальном аналогично).

С ростом амплитуды растет -падает

 

 

Трехточечные схемы автогенераторов.

 

Схема для ~ тока в стационарном режиме

,

на резонансной частоте

 

 

Индуктивная трехточка Емкостная трехточка

(хартлея) (Колнитца)

 

 

 

 

уравнение баланса амплитуд

 

 

условие самовозбуждения

 

Цепи питания автогенераторов

последовательные

 

параллельные

Стабилизация частоты автогенератора

Стабильность зависит от добротности колебательной системы Q

если учесть r, то

из-за

тогда

 

-относительная нестабильность.

Использование кварца

Используется:

а)электрострикция

б)пьезоэффект

 

При подаче электрического напряжения U возникает деформация механическое напряжение. Возникают механические колебания с частотой .

При происходит резонанс.

Эквивалентная схема кварцевого резонатора:

 

 

 

 

 

Инд. 3-х точка с кварцевым резонатором Емк. 3-х точка с кварцевым резонатором

 

 

Другой вариант – кварцевый резонатор в цепи ОС

Стабильность этой схемы выше и кварцу легче работать

 

 

RC автогенератор

1)На НЧ катушка индуктивности неудобна, громоздка.

2) Перестраивать плохо т.к

Построим схему RC автогенератора без катушки индуктивности L.

Строят его на основе RC усилителя с частотно-зависимой ОС.

 

 

1)

2)

 

=const

 

Цепь ОС

 

Коэффициент обратной связи

1 Вариант

Одно звено может обеспечить сдвиг фазы максимум на

 

1 звено

от 0 до - не подходит.

 

Возьмем три звена подряд

Аналогично получим сдвиг фазы от 0 до . На некоторой частоте сдвиг фазы будет . Для положительности обратной связи нам еще нужен . Однако в цепочке из трех звеньев велики потери, на практике она не используется

 

 

2 вариант

 

 

 

 

 

Поскольку , схема должна быть такой, что (неинвертирующий усилитель)

 

На ОУ

 

 

 

 

 

При можно сделать узкополосный усилитель

 

 

Глава 5 Преобразование спектров в нелинейных цепях

Преобразование спектров включает в себя следующие вопросы: умножение и деление частоты, смещение спектра, различные виды модуляции, детектирование модулированных колебаний.

Математическая модель нелинейного элемента может быть построена на основе аппроксимирующего полинома. Также возможна кусочно-линейная аппроксимация.

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Популярное:

1. Аттракторы, отличные от состояний равновесий и строго периодических колебаний, получили название СТРАННЫе АТТРАКТОРы
2. ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
3. Генераторы и реле регуляторы
4. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
5. Глава №1. Усиление электрических колебаний.
6. Изучение сезонных колебаний в динамическом ряду
7. Лабораторная работа «Исследование затухающих гармонических колебаний»
8. Моделирование сезонных колебаний
9. Периодические изменения амплитуды колебания, возникающие при сложении двух гармонических колебаний с близкими частотами, называются биениями.
10. Рейдовые наблюдения. Задача практики – выявить характер вертикального распределения и внутрисуточных колебаний основных гидрологических параметров.
11. Связь параметров колебательной системы с периодом колебаний. Энергия колебательной системы с одной степенью свободы