Сравнительный анализ режимов самовозбуждения генератора

Проведем сравнительный анализ режимов самовозбуждения, используя при этом различные характеристики автогенератора.

Мягкий режим

Если рабочая точка находится на участке характеристики i K () с наибольшей крутизной, то режим самовозбуждения называется мягким.

Проследим за изменениями амплитуды тока первой гармоники в зависимости от величины коэффициента обратной связи К ОС. Изменение К ОС приводит к изменению угла наклона a прямой обратной связи (рисунок 2)

 

а)                                                    б)

Рисунок 2- Мягкий режим самовозбуждения

 

При К ОС = К ОС1 состояние покоя устойчиво и генератор не возбуждается, амплитуда колебаний равна нулю (рисунок  2 б). Величина К ОС = К ОС2 = К КР является граничной (критической) между устойчивостью и неустойчивостью состояния покоя. При К ОС = К ОС3 > К КР состояние покоя неустойчиво, генератор возбудится, и величина Im 1 установится соответствующей точке А. При увеличении К ОС величина первой гармоники выходного тока будет плавно расти и при К ОС = К ОС4 установится в точке Б. При уменьшении К ОС амплитуда колебаний будет уменьшаться по той же кривой и колебания сорвутся при коэффициенте обратной связи К ОС = К ОС2 < К КР.

В качестве выводов можно отметить следующие особенности мягкого режима самовозбуждения:

- для возбуждения не требуется большой величины коэффициента обратной связи К ОС;

- возбуждение и срыв колебаний происходят при одном и том же значении коэффициента обратной связи К КР;

- возможна плавная регулировка амплитуды стационарных колебаний путем изменения величины коэффициента обратной связи К ОС;

- как недостаток следует отметить большое значение постоянной составляющей коллекторного тока, что приводит к малому значению КПД.

Жесткий режим

Если рабочая точка находится на участке характеристики i K = f (u БЭ) с малой крутизной S < SMAX, то режим самовозбуждения называется жестким.

Проведем анализ режима (аналогично мягкому режиму самовозбуждения) по колебательной характеристике автогенератора Im 1 = f (Um БЭ) и характеристике Im 1 = f (К ОС), представленных на рисунках 2 а) и б) соответственно.

 

а)                                     б)

Рисунок 3- Жесткий режим самовозбуждения

 

Анализируя точки пересечения прямых обратной связи с колебательной характеристикой, приходим к выводу, что возбуждение автогенератора произойдет, когда коэффициент обратной связи превысит величину КОС3 = КОСКР. Дальнейшее увеличение КОС приводит к небольшому увеличению амплитуды первой гармоники выходного (коллекторного) тока Im 1 по пути В-Г-Д. Уменьшение К ОС до К ОС1 не приводит к срыву колебаний, так как точки В и Б устойчивы, а точка А устойчива справа. Колебания срываются в точке А, т. е. при К ОС < К ОС1, так как точка А неустойчива слева.

Таким образом, можно отметить следующие особенности работы генератора при жестком режиме самовозбуждения:

- для самовозбуждения требуется большая величина коэффициента обратной связи К ОС;

- возбуждение и срыв колебаний происходят ступенчато при разных значениях коэффициента обратной связи К ОС;

- амплитуда стационарных колебаний в больших пределах изменяться не может;

- постоянная составляющая коллекторного тока меньше, чем в мягком режиме, следовательно, значительно выше КПД.

Сравнивая положительные и отрицательные стороны рассмотренных режимов самовозбуждения, приходим к общему выводу: надежное самовозбуждение генератора обеспечивает мягкий режим, а экономичную работу, высокий КПД и более стабильную амплитуду колебаний – жесткий режим.

Стремление объединить эти преимущества привело к идее использования автоматического смещения, когда генератор возбуждается при мягком режиме самовозбуждения, а его работа происходит в жестком режиме. Сущность автоматического смещения рассмотрена ниже.

Автоматическое смещение

Сущность режима заключается в том, что для обеспечения возбуждения автогенератора в мягком режиме исходное положение рабочей точки выбирается на линейном участке проходной характеристики с максимальной крутизной. Эквивалентное сопротивление контура выбирается таким, чтобы выполнялись условия самовозбуждения. В процессе нарастания амплитуды колебаний режим по постоянному току автоматически изменяется и в стационарном состоянии устанавливается режим работы с отсечкой выходного тока (тока коллектора), т. е. автогенератор работает в жестком режиме самовозбуждения на участке проходной характеристики с малой крутизной (рисунок 4).

 

Рисунок  4- Принцип автоматического смещения автогенератора

Напряжение автоматического смещения получают обычно за счет тока базы

В практических схемах начальное напряжение смещения обеспечивается с помощью базового делителя RБ1, RБ2 (рисунок  5).

 

Рисунок 5-  Cмещение с помощью базового делителя

 

В этой схеме начальное напряжение смещения

 

 

где Iд – ток делителя.

При возрастании амплитуды колебаний постоянная составляющая тока базы IБ0 увеличивается и смещение ЕБ уменьшается по величине, достигая значения ЕБСТ в установившемся режиме. Конденсатор СБ предотвращает короткое замыкание резистора RБ1 по постоянному току.

Следует отметить, что введение в схему генератора цепи автоматического смещения может привести к явлению прерывистой генерации. Причиной ее возникновения является запаздывание напряжения автоматического смещения относительно нарастания амплитуды колебаний. При большой постоянной времени t = RБ*СБ   колебания быстро нарастают, а смещение остается практически неизменным – Е Б.НАЧ. Далее смещение начинает изменяться и может оказаться меньше той критической величины, при которой еще выполняются условия стационарности, и колебания сорвутся. После срыва колебаний емкость   СБ будет медленно разряжаться через RБ и смещение вновь будет стремиться к ЕБ.НАЧ. Как только крутизна станет достаточно большой, генератор снова возбудится. Далее процессы будут повторяться. Таким образом, колебания периодически будут возникать и снова срываться.

Прерывистые колебания, как правило, относятся к нежелательным явлениям. Поэтому очень важно расчет элементов цепи  смещения проводить так, чтобы исключить возможность возникновения прерывистой генерации. Для исключения прерывистой генерации в схеме (рисунок  3) величину C Б выбирают из равенства

 

4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 «ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕНЕРАТОРА КОЛПИТЦА (ЕМКОСТНАЯ ТРЕХТОЧКА).ТРЁХТОЧЕЧНАЯ ЁМКОСТНАЯ СХЕМА LC -ГЕНЕРАТОРА НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ В СХЕМЕ С ОБЩЕЙ БАЗОЙ»