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 L_др1. LC-контур подключен к стоку через разделительный конденсатор C2. Через развязывающий дроссель L_др2 подается запирающее смещение на затвор полевого транзистора. В отличие от обычного усилительного режима класса А, оно выбирается равным (режим класса В) или дажебольшим по величине (режим класса С), чем напряжение отсечки U_отс (рис. 14.15). Ток стока имеет импульсный характер. Его разложение в ряд Фурье содержит постоянную составля-ющую и «косинус-ные» слагаемые.

А.И. Бергом введено понятие угла отсечки q, под которым понимают половину времени, выраженную в «электрических» градусах, в течение которого 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 I_n, причем сразу пронормируем их по I_mах и назовем коэффициентами гармоник или коэффициентами Берга: . Коэффициенты постоянной составляющейa₀ и гармоник a_n периодического тока через нелинейный элемент являются функциями единственного аргумента – угла отсечки q. Введем еще один коэффициент, показывающий отношение величин первой гармоникиI₁ и постоянной составляющей I₀ в зависимости от угла отсечки q: g = =, который оказывает существенное влияние на выбор режима работы нелинейного элемента при усилении колебаний, умножении частоты и на ряд других нелинейных преобразований сигналов. Графики значений коэффициентовa_0, a_1, a_2, a₃ и g 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 i_C (t) имеет место при угле отсечки (его в этом случае принято называть оптимальным) q_опт = 120^о / n.

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

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 сопротивлением (например, на туннельном диоде) не имеют цепи ПОС, и условия их самовозбуждения формулируются иначе. Рассмотрим физический принцип, лежащий в основе их работы.

Если в последовательный колебательный контур, содержащий катушку индуктивности L, конденсатор C и их суммарные потери r (рис. 14.17), поместить некоторое «отрицательное сопротивление» , то характер свободных колебаний в цепи будет определяться соотношением этих сопротивлений.

При (здесь и далее сравнение делается по модулю), свободные колебания в контуре с потерями затухают во времени; при, что означает отсутствие потерь в контуре, свободные колебания в контуре стационарны; при 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 достаточно мал (менее 0,3) для предот­вращения сильного шунтирования контура малым прямым сопротивлением туннель­ного диода.