Материал: 832

170

где R′ определяется параллельным соединением двух сопротивлений: R1 и RТ, второе из которых является сопротивлением канала полевого транзистора VT, управляемого напряжением на затворе UЗИ и равного напряжению на выходе пикового детектора, состоящего из диода VD с нагрузкой Cн, Rн.

При выполнении условия баланса амплитуд на частоте f0:

КОС γос = (1 + R2/ R′) ∙ 1 ≥ 1, 3

в схеме возникают и растут по величине гармонические колебания с частотой f0. Их рост продолжается до тех пор, пока неравенство не обратится в равенство. Это происходит по следующей причине: по мере роста амплитуды колебаний на выходе автогенератора растет величина отрицательного напряжения UЗИ на нагрузке пикового детектора, это ведет к запиранию полевого транзистора и увеличению сопротивления его канала, что приводит к росту величины сопротивления R′ и, как следствие, к снижению величины коэффициента усиления усилителя. Описанная система автоматического регулирования амплитуды колебаний используется достаточно часто в различных радиоэлектронных устройствах.

14.7 Генератор с независимым возбуждением

В радиопередающих устройствах применяются многокаскадные генераторы, в которых используются отдельные каскады, работающие в режиме умножения частоты. При этом ослабляется воздействие мощных выходных каскадов на возбудитель, устраняется возможность самовозбуждения усилителей.

Все каскады, кроме входного, работают с внешним или независимым возбуждением и используются как усилители мощности основной гармоники, удвоители или утроители частоты (рис. 14.14).

Напряжение питания Е подается на сток полевого транзистора VT1 через развязывающий дроссель Lдр1. LC-контур подключен к стоку через разделительный конденсатор C2. Через развязывающий дроссель Lдр2 подается запирающее смещение на затвор полевого транзистора. В отличие от обычного усилительного режима класса А, оно выбирается равным (режим класса В)

171

–E1

Рис. 14.14 – Схема генератора с независимым возбуждением

или даже большим по величине (режим класса С), чем напряжение отсечки Uотс (рис. 14.15). Ток стока имеет импульсный характер.

Его разложение в ряд

ток протекает через нелинейный элемент. В приведенном на рис. 14.15 построении угол отсечки меньше 90 , т.е. в данном случае нелинейный элемент работает в режиме класса С.

Определим коэффициенты ряда Фурье – постоянную составляющую I0 и амплитуды гармоник In, причем сразу пронормируем их по Imах и назовем коэффициентами гармоник или ко-

3 I3 . Коэффициенты постоянной составляющей 0 и гармо-

Imax

ник n периодического тока через нелинейный элемент являются

172

n , 0,6

0,5 1

2

0,4 0

0,3

2

0,2 1

3

0,1

0

20 40 60 80 100 120 140 160 180 о

-0,1

Рис. 14.16 – Графики коэффициентов Берга n и коэффициента в зависимости от угла отсечки

функциями единственного аргумента – угла отсечки . Введем еще один коэффициент, показывающий отношение величин первой гармоники I1 и постоянной составляющей I0 в зависимости от

влияние на выбор режима работы нелинейного элемента при усилении колебаний, умножении частоты и на ряд других нелинейных преобразований сигналов. Графики значений коэффициентов0, 1, 2, 3 и приведены на рис. 14.16.

Существует эмпирическая формула, которая подтверждается поведением кривых на рис. 14.16, в соответствии с которой максимальное содержание n-гармоники в импульсе тока iC (t) имеет место при угле отсечки (его в этом случае принято назы-

вать оптимальным) опт = 120о / n.

Для работы на основной частоте предпочтителен режим при угле отсечки = 90 эл. град. (режим класса В), для удвоителя частоты – = 60 эл. град. (режим класса С), для утроителя частоты – = 40 эл. град. (режим класса С).

173

14.8 Автогенератор на туннельном диоде

Все рассмотренные выше автогенераторы используют цепь ПОС, за счет которой осуществляется компенсация потерь в системе, приводящая к возникновению автоколебаний. Автогенераторы на активных элементах с внутренним отрицательным со- L C r противлением (например, на туннельном диоде) не имеют цепи ПОС, и условия их самовозбуждения формулируются

rиначе. Рассмотрим физический принцип, лежащий в основе их работы.

Если в последовательный колеба-

суммарные потери r (рис. 14.17), помес-

тить некоторое «отрицательное сопротивление» r, то характер свободных колебаний в цепи будет определяться соотношением этих сопротивлений.

При r r (здесь и далее сравнение делается по модулю), свободные колебания в контуре с потерями затухают во времени; при r r, что означает отсутствие потерь в контуре, свободные колебания в контуре стационарны; при r r амплитуда свободных колебаний в контуре растет во времени. Последний случай означает выполнение условия самовозбуждения в системе.

На рис. 14.18 воспроизведена вольт-амперная характеристика туннельного диода с некоторыми поясняющими обозначениями. В рабочей точке РТ с координатами U0 и I0 на середине падающего участка ВАХ дифференциальное сопротивление имеет отрицательный знак. Величина этого сопротивления (соответствует положению касательной k) для реальных туннельных диодов невелика и составляет от 10 до 100 Ом.

Вариант электрической схемы автогенератора на туннельном диоде показан на рис. 14.19. Практическое значение амплитуды напряжения на контуре между точками а и б не превышает половины разницы абсцисс точек А и Б на рис. 14.18 и равно около 0,1…0,3 В. Коэффициент включения контура в точке б доста-

174

точно мал (менее 0,3) для предотвращения сильного шунтирования контура малым прямым сопротивлением туннельного диода.