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(u _БЭ) 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 (рис.1)

 

а)                                   б)

Рис. 1 Мягкий режим самовозбуждения

 

При К _ОС = К _ОС1 состояние покоя устойчиво и генератор не возбуждается, амплитуда колебаний равна нулю (рис. 1 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 I_{m 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 < S_MAX, то режим самовозбуждения называется жестким.

Проведем анализ режима (аналогично мягкому режиму самовозбуждения) по колебательной характеристике автогенератора I_{m 1} = f (U_{m БЭ}) и характеристике I_{m 1} = f (К _ОС), представленных на рисунках 2 а) и б) соответственно.

 

 а)                                  б)

Рис. 2 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 К _ОС3 = К _ОСКР. Дальнейшее увеличение К _ОС приводит к небольшому увеличению амплитуды первой гармоники выходного (коллекторного) тока I_{m 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 (рис. 3).

 

Рис. 3 Принцип автоматического смещения автогенератора

 

Напряжение автоматического смещения получают обычно за счет тока базы путем включения в цепь базы цепочки R _Б C _Б (рис. 4).

 

Рис. 4. Схема автоматического смещения за счет тока базы

 

Начальное напряжение смещения обеспечивается источником напряжения Е _Б. При возрастании амплитуды колебаний увеличивается напряжение на резисторе R _Б, создаваемое постоянной составляющей базового тока I _Б0. Результирующее напряжение смещения (Е _Б - I _Б0 R _Б) при этом уменьшается, стремясь к Е _БСТ.

В практических схемах начальное напряжение смещения обеспечивается с помощью базового делителя R _Б1, R _Б2 (рис. 5).

 

Рис. 5. Автоматическое смещение с помощью базового делителя

 

В этой схеме начальное напряжение смещения

 

 

где  – ток делителя.

При возрастании амплитуды колебаний постоянная составляющая тока базы I _{Б 0} увеличивается и смещение Е _Б уменьшается по величине, достигая значения Е _БСТ в установившемся режиме. Конденсатор С _Б предотвращает короткое замыкание резистора R _Б1 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 = R _Б С _Б (рис. 8.41) 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 С _Б будет медленно разряжаться через R _Б и смещение вновь будет стремиться к Е _Б.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 автоматического смещения проводить так, чтобы исключить возможность возникновения прерывистой генерации.

Для исключения прерывистой генерации в схеме (рис. 3) величину C _Б выбирают из равенства