Влияние нестабильных фазовых углов на частоту автоколебаний

Уравнение баланса фаз можно представить так:

, cледовательно ,

Рис. 13.1

где – приращения фазовых сдвигов в активном приборе и в цепи обратной связи, вызванные изменением режима активного прибора,

и – фазовый сдвиг и приращение фазового сдвига между первой гармоникой коллекторного тока и напряжением на коллекторе транзистора.

Рис. 13.2

Из графика, приведенного на рис. 13.1, следует, что приращение частоты генерации обратно пропорционально крутизне фазочастотной характеристики (ФЧХ) контура:

 , (13.1)

где – крутизна ФЧХ контура.

Крутизну S ФЧХ найдем из выражения для сопротивления параллельного контура

(13.2)

где _н – фазовый угол нагрузки автогенератора.

(13.3)

Дифференцируя (13.3), получим выражение для крутизны ФЧХ

(13.4)

Подставив выражение (13.4) в выражение (13.1) получим

Рис. 13.3

(13.5)

Следовательно, относительная нестабильность частоты будет тем меньше, чем больше добротность колебательного контура Q и меньше величина фазовых углов, входящих в уравнение баланса фаз автогенератора (рис. 13.2). Для увеличения стабильности нужно использовать контура с большой добротностью и компенсировать специальным фазовращателем в цепи обратной связи (рис. 13.3). Элементы Z4, Z5 должны создать фазовый сдвиг, который скомпенсирует фазовые сдвиги _s и _k. При этом  _н = 0 и крутизна ФЧХ контура максимальна.фазовые сдвиги _s и _к

Влияние режима автогенератора на частоту автоколебаний

На частоту автоколебаний оказывают влияние нестабильные напряжения питания и меняющаяся по каким либо причинам нагрузка автогенератора даже в том случае, когда используется эталонный колебательный контур. По указанным причинам меняются токи входного электрода активного прибора, входное сопротивление Z_ВХ, фазовые углы φ_S, φ_k и, как следствие, частота автоколебаний. Рассмотрим механизм влияния режима автогенератора на фазовые углы, входящие в уравнение баланса фаз.

Рис. 13.4

Для определения фазового сдвига φ_k необходимо воспользоваться теоремой об эквивалентном генераторе.

Определить внутреннее сопротивление Z_ источника возбуждения базовой цепи (рис.13.4,б) можно, если замкнуть выводы коллектор-эмиттер (рис. 13.4, а).

Рис. 13.5

Тогда Z_ будет параллельным соединением сопротивлений Z3 и Z2. При достаточно добротных контурах, используемых в автогенераторах, Z_ будет реактивным сопротивлением.

Из рис. 13.5 и 13.6 следует, что X_ в схеме емкостной трехточки имеет емкостный характер, а в схеме индуктивной трехточки –индуктивный.

Рис. 13.6

Для оценки фазового сдвига _k построим векторную диаграмму напряжений схемы (рис.13.4) в предположении (для простоты построения), что входное сопротивление транзистора имеет чисто резистивный характер (рис. 13.7).

При изменении входного сопротивления транзистора изменяется угол _k и, в соответствии с рис. 13.1, изменяется частота генерации _Г. Входное сопротивление транзистора зависит от напряженности режима, в частности, от нагрузки транзистора, от питающих напряжений и других факторов. Стабилизация сопротивления нагрузки, питающих напряжений уменьшает _k и увеличивает стабильность частоты.

Рис.13.7

Проанализируем причины, вызывающие изменение фазового угла крутизны _s при изменении режима автогенератора.

Фазовый сдвиг _s определяется постоянной времени входной цепи

зависят от постоянной составляющей эмиттерного тока, от питающих напряжений. Следовательно, стабилизация напряженности режима автогенератора и питающих напряжений стабилизирует фазовый угол φ_S.

Вышеизложенный анализ дает возможность сформулировать основные рекомендации по проектированию автогенераторов с повышенной стабильностью частоты:

– применение колебательных контуров с высокой добротностью Q.

– детали контуров должны иметь минимальные ТКЕ и ТКИ.

– мощность автогенераторов не должна превышать 5 – 10 мВт.

– использование в автогенераторах высокочастотных транзисторов.

– недонапряженный режим автогенератора.

– термостатирование элементов автогенератора и термокомпенсация.

– герметизация автогенераторов.

– стабилизация напряжений питания.

– применение буферных каскадов между автогенератором и последующими усилителями мощности.

Следует заметить, что даже выполнение этих требований не гарантирует относительной стабильности частоты колебаний лучше, чем 10^-4 – 10^-5.

Радикально повысить стабильность можно, используя в качестве возбудителя передатчика кварцевые автогенераторы.