7.4. Схемы автогенераторов

7.4.1. Принципы построения схем автогенераторов

При переходе от обобщенной структурной схемы автогенератора, показанной на рис. 7.2, к реальным электрическим схемам, как и для генераторов с внешним возбуждением, процедура построения схемы разделяется на два этапа.

На первом этапе выбирается высокочастотная эквивалентная схема, структура и параметры которой обеспечивают реализацию полученных в процессе расчета режима обобщенных параметров, таких как частота колебаний, управляющее сопротивление цепи обратной связи, сопротивление нагрузки выходной цепи АЭ, коэффи­циент обратной связи. Первый этап завершается выбором структуры и параметров высокочастотной эквивалентной схемы АГ.

На втором этапе выбирается структура и рассчитываются пара­метры цепей подачи напряжений питания, начального смещения, если оно необходимо, и автосмещения. Эти элементы должны быть выбраны с учетом дополнительных требований, связанных с необхо­димостью заземления по постоянному напряжению или высокой час­тоте тех или иных электродов АЭ. Однако главным требованием к этим цепям является минимальное влияние их элементов на работу АГ, т.е. минимальное изменение частоты и характеристик режима, которые должны определяться параметрами высокочастотной экви­валентной схемы.

После определения параметров цепей питания и смещения необ­ходимо проверить, насколько подключение этих цепей изменяет

параметры высокочастотной эквивалентной схемы, и принять реше­ние о необходимости коррекции этих параметров для реализации расчетного режима.

7.4.2. Высокочастотная эквивалентная схема с идеальным трансформатором

Высокочастотная эквивалентная схема АГ с идеальным трансфор­матором показана на рис. 7.18, а. Она пригодна для анализа широ­кого круга конкретных высокочастотных эквивалентных схем, хотя ее непосредственным прототипом послужил одноконтурный АГ с трансформаторной обратной связью (рис. 7.18, б).

Эквивалентная схема (ЭС) на рис. 7.18, а содержит активный эле­мент (АЭ), идеальный трансформатор (ИТ) с коэффициентом транс­формации к₀, через который замыкается цепь обратной связи, парал­лельный колебательный контур с комплексным сопротивлением Z'_K и сопротивление рассеяния _Zσ.

Используя законы Кирхгофа, из схемы рис. 7.18, а получаем два уравнения, описывающих ее работу:

При указанных на рис. 7.18, а полярностях напряжений U_K и k₀U_K

коэффициент трансформации ИТ является положительным. Из этих уравнений получим следующее выражение для расчета коэффици­ента обратной связи, вытекающее из (7.2):

(7.79)

Рис. 7.18. Эквивалентная схема автогенератора с идеальным трансформатором (а) и ее прототип (б)

Рис. 7.19. Эквивалентная схема для расчета коэффициента обратной связи

Легко видеть, что коэффициент обратной связи примерно равен коэффициенту трансформации ИТ (k ≈ k₀), если

ИЛИ (7.80)

Оба эти условия, по существу, эквивалентны требованию наличия у АЭ большого коэффициента усиления по мощности.

Для оценки фазового сдвига, обусловленного конечным входным сопротивлением АЭ, удобна ЭС входной цепи, показанная на рис. 7.19. На ней в явном виде представлена входная проводимость

АЭ по первой гармонике S_вx1 = i_вх/U_вх, а входная проводимость идеального активного элемента (ИАЭ) считается нулевой.

Напряжение U_вх на выходе делителя Z_σ, S_вх1 отличается от k₀U_к вследствие падения напряжения Ha Z_σ. Отсюда

(7.81)

В большинстве реальных схем АГ сопротивление рассеяния можно считать чисто реактивным, т.е. положить Z_σ ≈ jX_a. Кроме

того, в АГ, рассматриваемых в данном пункте, входную проводимость АЭ можно считать вещественной, полагая S_BX1 = S_BX.1 этих условиях

(7.82)

здесь φ_к в радианах.

Если S_BX1Х_σ < 1/2, то с достаточной точностью можно положить

Аналогичным образом находится сопротивление коллекторной нагрузки, рассчитанное с учетом шунтирующего действия входной цепи АЭ:

(7.83)

Очевидно, что Z_K и Z'_K , если , т.е. такое приближение справедливо при большом усилении АЭ по току.