Расчет и моделирование индуктивного трехточечного автогенератора

Расчет состоит в том, чтобы на основе расчетов и моделирования усилительного каскада по постоянному и переменному току, произвести расчет и моделирование индуктивной трехточечной схемы автогенератора для заданной частоты генерации f = 1.075 МГц. Значение коэффициента нелинейных искажений на частоте генерации полученного автогенератора не должно превышать 5%.

Произведем расчет и моделирование индуктивной трехточечной схемы автогенератора, используя схему усилительного каскада по переменному току (рисунок 2.5.1).

Рисунок 2.5.1 Схема усилительного каскада по переменному току

Поскольку известны выражение, связывающее элементы контура и собственную резонансную частоту, а также выражение, связывающее элементы контура и его активное сопротивление на резонансной частоте, то, решая совместно, получим:

Для проверки баланса амплитуд и фаз, колебательный LC контур включаем в схему усилителя вместо коллекторного резистора усилителя R_к. Полученная схема представляет усилитель сигналов, но уже не с резистивной нагрузкой в цепи коллектора, а резонансной, в виде колебательного контура. Такой усилитель называют резонансным (рисунок 2.5.2).

Рисунок 2.5.2 Схема однокаскадного усилителя сигналов переменного тока с избирательной цепью

Имитационное моделирование схемы усилителя сигналов переменного тока с реальной избирательной цепью является важнейшим этапом перед формированием схемы автогенератора. На этом этапе должны быть определены АЧХ и ФЧХ усилителя, обеспечивающие условия самовозбуждения автогенератора.

а)

б)

Рисунок 2.5.3 АЧХ (а) и ФЧХ (б) усилителя сигналов переменного тока с избирательной цепью

Чтобы обеспечить требуемый коэффициент усиления К_ус ≥ 30, номиналы эммитерных сопротивлений R_э1 и R_э2 пришлось незначительно изменить и кроме того произвести регулировку индуктивностей и емкостей для более точной фазировки (см. рисунок 2.5.2).

Для создания автогенератора необходимо создать цепь положительной обратной связи. С этой целью, для получения индуктивного трехточечного автогенератора, необходимо произвести разделение индуктивности в колебательном контуре на две части. Причем, деление индуктивности должно быть выполнено так, чтобы обеспечивался коэффициент обратной связи:

Поскольку коэффициент усиления усилителя К_ус = 36.7 (рис. 3.5.3, а), то:

Запишем два уравнения:

Решим эти уравнения совместно:

Теперь из схемы усилителя сигналов (рис. 3.5.2) убираем подключенный к входу внешний источник сигнала и вместо него на вход усилителя включаем цепь обратной связи для подачи сигнала с выхода усилителя.

Рисунок 2.5.4 Принципиальная схема емкостного трёхточечного автогенератора с положительной обратной связью

В окончательном варианте схемы, емкости контура имеют несколько другие значения, которые были откорректированы при настройке автогенератора. Связано это с неидеальностью параметров схемы и погрешностями расчетов. Тем не менее, отклонения параметров расчета незначительны.

Рисунок 2.5.5 Осциллограмма на выходе индуктивного трехточечного автогенератора

По осциллограмме (рисунок 2.5.5) произведем расчет частоты генерации на выходе полученного автогенератора:

((Т2-Т1) – время одного периода напряжения на нагрузке,

t = (Т2-Т1) = 930.2 нс. Следовательно частота генерации равна:

На графике (рисунок 2.5.6) видны колебания, возбуждаемые данным автогенератором. Стационарный режим наступает приблизительно через 441.868 мкс с момента подачи питания.

Измерим напряжения на входе (рисунок 2.5.7, а) и выходе (рисунок 2.5.7, б) индуктивного трехточечного автогенератора.

Рисунок 2.5.6 Форма нарастания амплитуды колебаний в емкостном трехточечном автогенераторе

а) б)

Рисунок 2.5.7 Значение напряжения на входе (а) и выходе (б) емкостного трехточечного автогенератора

Рисунок 2.5.8 Коэффициент нелинейных искажений

Коэффициент нелинейных искажений равен 4.15 %. Это значит, что полученные в результате моделирования синусоидальные генерируемые колебания отличаются от идеальной синусоиды на 4.15 %.

Рассчитаем значение мощности в нагрузке индуктивного трехточечного автогенератора: