Режим самовозбуждения, при котором после включения источника питания колебания плавно нарастают, называется мягким самовозбуждением, если же для возбуждения колебаний требуется какое-либо дополнительное воздействие, то такой режим называется жестким.

Рис. 13.2. Изменение крутизны при мягком режиме самовозбуждения

Реализации мягкого режима самовозбуждения можно достичь путем соответствующего выбора напряжения смещения на участке вольтамперной характеристики транзистора с большой крутизной.

Этому режиму соответствует зависимость S=f(U mб) следующей формы, показанной на рис. 13.2.

На этом же рис. проведена прямая
. Для точки пересечения графиков выполняется уравнение баланса амплитуд и установившаяся амплитуда колебания равна
. При мягком режиме стационарный режим оказывается устойчивым, режим покоя – неустойчивым. Поэтому происходит самовозбуждение автогенератора.

Для жесткого режима характерным является то, что малые колебания на входе транзистора не могут вызвать самовозбуждения автогенератора; самовозбуждение возможно только при большой начальной амплитуде напряжения. Такой режим реализуется путем подачи на УЭ запирающего напряжения смещения, при котором малые амплитуды входного напряжения не могут вызвать тока в выходной цепи УЭ.

Для этого режима характерна следующая зависимость S=f(U mб), показанная на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Изменение крутизны при жестком режиме самовозбуждения

Режим, соответствующий амплитуде колебаний
, устойчив, а режим, соответствующий амплитуде
, неустойчив.

13.3. Эквивалентные трехточечные схемы автогенератора

Простейшими по конфигурации автогенераторами являются автогенераторы, работающие по трехточечной схеме. В таких автогенераторах транзистор тремя своими выводами присоединяют к трем точкам колебательного контура, состоящего из трех реактивных элементов.

Обобщенная трехточечная схема автогенератора изображена на рис. 13.4.

Рис. 13.4. Обобщенная эквивалентная схема автогенератора

Для возникновения автоколебаний необходимо, чтобы:

В зависимости от того, какие реактивные элементы количественно преобладают в контуре, различают автогенераторы, построенные по схеме индуктивной (рис. 13.5) и емкостной (рис. 13.6) трехточки.

Индуктивная трехточка:

Рис. 13.5. Индуктивная трехточка

,
,
.

Емкостная трехточка:

Рис. 13.6. Емкостная трехточка

- частота генерируемых колебаний.

,
,
.

Коэффициент обратной связи через элементы трехточечной схемы:

.

Для индуктивной трехточки:
.

Для емкостной трехточки:
.

Схема Клаппа

В модифицированной схеме емкостной трехточки достигается более высокая стабильность частоты (рис. 13.7).

Рис. 13.7. Схема Клаппа

Введение конденсатора С 3 уменьшает коэффициент включения транзистора в контур, снижая дестабилизирующее влияние его параметров на частоту автогенератора.

, где
.

Во всех схемах контур включен частично в коллекторную цепь транзистора.

Коэффициент включения контура в цепь коллектора:

Эквивалентное сопротивление цепи коллектора:
.

Если в автогенераторе с индуктивной обратной связью и колебательной характеристикой, плавно увеличивать М, то, начиная с критического значения М кр, амплитуда стационарного колебания, будет плавно возрастать.

Такой режим самовозбуждения называется легким.

Для получения легкого режима необходимо, чтобы колебательная характеристика выходила из нулевой точки и имела достаточно большой наклон в области малых амплитуд. Все эти требования выполняются при использовании автоматического смещения. При использовании принудительного (внешнего) смещения колебательная характеристика принимает вид:

Для возникновения колебаний в данном случае требуется очень сильная обратная связь (линия ОА, взаимоиндукция М 1).

После того как колебания установились связь можно ослабить до значения М 2 , при котором линия связи занимает положения ОВ. При дальнейшем ослаблений связи колебания срываются. Для восстановления колебаний М, соответствующего линии связи ОА. Такой режим самовозбуждения называется жестким.

Назначения, классификация и принципы построения систем синхронизации.

В большинстве случаев нормальное функционирование различных систем передачи информации требует обеспечения определенной синхронизации работе передающей и приемной аппаратуры. Эта функция возлагается обычно на специальные системы синхронизации. От помехоустойчивости и качества их работы зависит их помехоустойчивость и качество работы системы передачи в целом. Системы синхронизации формируют на приемной стороне специальные синхронизирующие сигнала, синхронные с соответствующими сигналами, формируемыми на предающей стороне с учетом искажений, появившихся при распространении сигналов по каналу передачи.

Все многообразие задач, состоящих перед системами синхронизации, можно разделить на два больших класса: синхронизация различного рода коммутаторных устройств с целью обеспечения временного разделения сигналов (в системах с временным разделением каналов), синхронизация работы устройств приема и обработки с целью повышения их помехоустойчивости (при приеме сигналов со случайными параметрами).

Реальные каналы передачи являются каналами с переменными параметрами.

Оптимальный прием сигналов со случайными параметрами требует оценки (измерения) существенных параметров (частоты, времени запаздывания, фазы) таких сигналов. Эти измерения и возлагаются на системы синхронизации.

Системы синхронизации классифицирует по различным признакам. Все практические задачи синхронизации в системах передачи можно обеспечить тремя системами синхронизации: высокочастотный, поэлементной (тактовой), групповой.

Задача высокочастотной синхронизации обычно возникает при использовании додетекторной корреляционной обработки сигналов. В этом случае в точке приема необходимо получить образцы высокочастотных сигналов, частоты которых в любой момент времени должны быть ровны или близки частотам несущих или поднесущих принимаемых сигналов. В случае когерентной обработки это равенство должно выполнятся с точностью до фазы.

Задача поэлементной (тактовой) синхронизации состоит в обеспечении на приемной стороне фиксации временных границ элементных сигналов, соответствующих наименьшему подлежащему фиксации временному интервалу, формируемому на передающей стороне. Формирование таких сигналов может быть необходимой для обеспечения оптимальной после детекторной обработки сигналов и разделения сигналов по своим каналам.

В аналоговых системах передачи такими элементарными сигналами обычно являются канальные интервалы (интервалы времени, отводимые для передачи по одному каналу), а в цифровых системах – элементарные информационные символы.

Групповая синхронизация должна обеспечивать фиксацию временных границ определенных групп, элементарных сигналов, например слов, циклов, кадров и т. п.

В некоторых системах могут одновременно действовать все три указанных вида подсистем.

Синхросигналы высокочастотной Ии поэлементной синхронизации обычно имеют периодическую структуру. Синхросигналы групповой синхронизации могут, быть как периодическими, так и образовывать случайный поток. В цифровых системах передачи с циклическим и периодическим опросом, когда могут действовать все три указанных вида синхронизации, частоты всех перечисленных видов синхронизации могут выбираться кратными друг друга.

Например каждый кадр(группа посылок) содержит n 1 слов каждое слово состоит из n 2 символов, а каждый символ длится только n 3 периодов высокочастотного несущего или поднесущего. В этом случае все виды синхронизации можно осуществить после того, как будет установка синхронизация по кадрам.

Классификация генераторов

Генератор — это устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний с определенными параметрами.

Основными параметрами колебаний являются: амплитуда, частота и форма.

Основным требованием, предъявляемым к генераторам является устойчивость его работы при воздействии на него дестабилизирующих факторов, т. е. стабильность параметров генерируемых колебаний.

Генераторы широко применяются в технике связи. Они используются при формировании тестовых сигналов, сигналов синхронизации, служебных сигналов, опорных колебаний и т. д.

Условное графическое изображение генераторов приведено на рисунке 1.

Рисунок 1 - Условное графическое обозначение генераторов: а) гармонических колебаний, б) последовательности прямоугольных импульсов, в) последовательности пилообразных импульсов.

Классификация генераторов приведена на рисунке 2.

Электрическими являются генераторы, непосредственно преобразующие энергию источника постоянного тока в энергию колебаний.

Электромеханическими являются генераторы, в которых частота генерируемых колебаний задается частотой механических колебаний некоторых материалов (кварцевой пластины).

В генераторах с внутренним возбуждением или с самовозбуждением колебания формируются за счет внутреннего источника питания.

Рисунок 2 - Классификация генераторов

В генераторах с внешним возбуждением формирование колебаний осуществляется из поступающего на его вход другого колебания (умножение и деление частоты).

Релаксационные генераторы или мультивибраторы формируют колебания не гармонической формы (последовательности прямоугольных, треугольных, пилообразных, колокообразных и т. д. импульсов).

Гармонические или квазигармонические генераторы формируют колебания гармонической формы.

В RC -генераторах в качестве избирательной цепи используются RC-фильтры.

В LC -генераторах в качестве избирательной цепи используется параллельный колебательный контур.

В двухточечных LC -генераторах колебательный контур подключается к усилительному элементу двумя точками, а в трехточечных LC -автогенераторах ? тремя точками.

Обобщенная структурная схема гармонического автогенератора

Построим обобщенную структурную схему гармонического автогенератора. Поскольку это автогенератор, то он должен иметь внутренний источник питания (ИП) Для формирования гармонических колебаний генератор должен содержать цепь, в которой способны возникнуть колебания. Такой цепью является колебательный контур, который также будет выполнять функции избирательной цепи (ИЦ). Избирательная цепь определяет частоту генерируемых колебаний и их форму. С точки зрения возникновения колебаний колебательного контура достаточно, но колебательный контур является пассивной цепью, а следовательно обладает положительным активным сопротивлением Rиц. При наличии этого сопротивления, а также сопротивления нагрузки Rн, в которую подаются колебания, формируемые генератором колебания будут затухающими. Поэтому в цепь автогенератора необходимо включить элемент, обладающий отрицательным активным сопротивлением, как известно, элемент обладающий отрицательным активным сопротивлением является источником переменного тока, а следовательно является активным (усилительным) элементом (УЭ). Сопротивление усилительного элемента Rуэ должно полностью компенсировать все потери энергии в пассивных цепях генератора и нагрузке. Также в состав автогенератора необходимо включить цепь, с помощью которой часть колебаний с выхода генератора будет поступать в усилительный элемент для компенсации потерь, т. е. необходима цепь обратной связи (ОС). Данная цепь также является пассивной и обладает положительным активным сопротивлением Rос. Таким образом, получаем обобщенную структурную схему гармонического автогенератора (рисунок 3).

Рисунок 3 - Обобщенная структурная схема гармонического автогенератора

В стационарном режиме работы автогенератора положительное активное сопротивление пассивных элементов генератора и нагрузки должно полностью компенсироваться отрицательным сопротивлением усилительного элемента, т. е.

R иц+ R ос+ R н — R уэ=0 (1)

Процесс возбуждения колебаний в автогенераторе

Рассмотрим процесс возбуждения колебаний в автогенераторе (рисунок 3). При включении источника питания в цепях автогенератора наблюдаются флуктуации тока (флуктуационный шум). Спектр этого шума содержит составляющие на всех частотах. Из этого спектра с помощью избирательной цепи выделяется составляющая на частоте генерации fг. Полученное колебание на выходе ИЦ поступает по цепи обратной связи в усилительный элемент, где осуществляется усиление колебания, которое поступает опять в ИЦ и т. д. Амплитуда колебаний возрастает до определенного момента, после чего она стабилизируется, а также стабилизируются частота и форма колебаний. Во время работы автогенератора выделяют два режима работы: переходной и стационарный. Переходной режим работы генератора длится с момента включения генератора и до момента стабилизации параметров колебаний. Стационарный режим работы длится с момента стабилизации параметров колебаний и до выключения генератора (рисунок 4).

Рисунок 4 - Режимы работы автогенератора

Условия самовозбуждения автогенератора

Чтобы определить условия самовозбуждения автогенератора необходимо рассмотреть его уравнение.

Коэффициент передачи автогенератора определяется выражением

Кп =Кус ? Кос (2)

где Кп — комплексное значение коэффициента передачи автогенератора;

Кус — комплексное значение коэффициент усиления усилителя;

Кос — комплексное значение коэффициента обратной связи.

Если разомкнуть цепь обратной связи, то выражение для коэффициента усиления будет иметь вид

Кус = Um вых / Um вх =Кус e j j ус (3)

где Um вх — комплексная амплитуда входного напряжения усилителя;

Um вых — комплексная амплитуда выходного напряжения усилителя;

Кус — модуль коэффициента усиления:

j ус — аргумент модуля коэффициента усиления.

Модуль коэффициента усиления равен

Кус= Um вых / Um вх (4)

j ус учитывает сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями усилителя. Как следует из рисунка 3, усилитель включает в себя усилительный элемент и избирательную цепь. Предположим, что в качестве избирательной системы используется параллельный колебательный контур с сопротивлением Rрез. Тогда

Um вых = Im 1 ? R рез (5)

где Im 1 ? амплитуда первой гармоники выходного тока усилительного элемента.

Между Im 1 и Um вх существует взаимосвязь, определяемая выражением

Im 1 = S ср ? Um вх (6)

где Sср — средняя крутизна вольт-амперной характеристики усилительного элемента

Подставляя значение Im 1 из (6) в (5) получаем

Um вых = S ср ? Um вх ? R рез (7)

Тогда модуль коэффициента усиления усилителя, учитывая (4) и (7) будет равен

Кус= Um вых / Um вх = S ср ? Um вх ? R рез/ Um вх = S ср ? R рез (8)

Учитывая, что j ус будет равно

j ус =j уэ + j иц (9)

где j уэ — фазовый сдвиг, вносимый усилительным элементом;

j иц — фазовый сдвиг, вносимый избирательной цепью.

Учитывая выражения (3), (8) и (9) коэффициент усиления усилителя будет равен

Кус = S ср ? R рез e j ( j уэ+ j иц) (10)

Коэффициент передачи цепи обратной связи равен

Кос = Um в х /Um вых = Кос e j jос (11)

где Кос — модуль коэффициента передачи цепи обратной связи;

j ос — аргумент модуля коэффициента передачи цепи обратной связи.

j ос учитывает сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями цепи обратной связи.

Таким образом, исходя из выражений (2), (10) и (11), можно записать коэффициент передачи автогенератора в стационарном режиме (с постоянными параметрами) при генерировании синусоидальных колебаний

Кп =Кус ? Кос = S ср ? R рез ? Кос e j ( j уэ+ j иц+ j ос) =1 (12)

Выражение (12) является уравнением автогенератора . Согласно данному уравнению коэффициент передачи автогенератора в стационарном режиме должен быть равен единице.

Уравнение автогенератора выражает условия самовозбуждения автогенератора.

1. Условие баланса амплитуд

Кп = S ср ? R рез ? Кос=1 (13)

Коэффициент передачи по замкнутому кольцу генератора должен быть равен единице. Т. е. вся энергия, затрачиваемая на пассивных элементах генератора и нагрузки должна полностью компенсироваться энергией пополнения усилительного элемента.

Условие баланса амплитуд определяет стационарную амплитуду колебаний.

2. Условие баланса фаз

j ус =j уэ + j иц + j ос =0 или k 2 p , где k =1, 2, 3, … (14)

Суммарный сдвиг фаз в замкнутом кольце автогенератора должен быть равен нулю или кратен 2 p (360 ° ). Т. е. энергия пополнения усилительного элемента должна подаваться в фазе с уже существующими колебаниями. Для выполнения этого условия цепь обратной связи автогенератора должна быть положительной . Т. к. в большинстве автогенераторов условие баланса фаз выполняется лишь на одной частоте, то это условие определяет частоту генерации.

Режимы самовозбуждения автогенератора

В зависимости от значений постоянных питающих напряжений подводимых к электродам усилительного элемента, и от коэффициента Кос возможны два режима самовозбуждения: мягкий и жесткий.

При мягком режиме самовозбуждения положение рабочей точки (А) задается на линейном участке вольт-амперной характеристики усилительного элемента (рисунок 5). В этом случае обеспечивается начальный режим работы усилительного элемента без отсечки выходного тока. При этом режиме самовозбуждение возникает даже при незначительных изменениях входного напряжения, которые всегда наблюдаются из-за флуктуаций носителей зарядов. Таким образом, колебания на выходе усилительного элемента возникают сразу, даже при незначительных изменениях входного напряжения, что является достоинством данного режима самовозбуждения. Амплитуда колебаний на выходе генератора возрастает плавно. В стационарном режиме усилительный элемент может работать без отсечки или с отсечкой выходного тока, причем во втором случае угол отсечки выходного тока Q (половина длительности импульса выходного тока) больше 90°. Отсутствие отсечки или большой угол отсечки приводят к снижению коэффициента полезного действия (КПД) генератора, что является недостатком этого режима.

Рисунок 5 - Диаграммы, поясняющие мягкий режим самовозбуждения

При жестком режиме самовозбуждения положение рабочей точки задается за пределами вольт-амперной характеристики усилительного элемента (рисунок 6). Это приводит к тому, что усилительный элемент постоянно работает в режиме отсечки выходного тока, вследствие этого колебания на выходе элемента появляются лишь при превышении амплитудой входного напряжения u(t) определенного значения U н. При превышении этого значения (u(t)?U н) усилительный элемент отпирается, и на его выходе появляются колебания. Причем амплитуда этих колебаний нарастает быстро. Необходимость наличия определенного напряжения на входе усилительного элемента для появления колебаний на его выходе является недостатком жесткого режима самовозбуждения.

В данном режиме самовозбуждения угол отсечки выходного тока меньше 90°. Наличие малого угла отсечки увеличивает КПД генератора, что является достоинством этого режима.

Рисунок 6 - Диаграммы, поясняющие жёсткий режим самовозбуждения

Как видно мягкий режим самовозбуждения обладает теми достоинствами, которыми не обладает жесткий режим, а жесткий режим обладает теми достоинствами, которыми не обладает мягкий режим. Поэтому на практике в некоторых типах генераторов (в частности в LC-генераторах) используют оба режима: при включении генератора и во время переходного режима генератор работает в мягком режиме самовозбуждения, а при переходе в стационарный режим работы генератор переводится в жесткий режим самовозбуждения.

Характеристики автогенератора

Колебательная характеристика представляет собой зависимость амплитуды первой гармоники выходного тока усилительного элемента Im 1 от амплитуды входного напряжения Um вх при неизменном напряжении смещения U 0 и разомкнутой цепи обратной связи.

Эти характеристики имеют нелинейный характер, т. к. усилительный элемент является нелинейным, и зависят от режима самовозбуждения генератора. На рисунке 7, а представлена колебательная характеристика генератора в мягком режиме самовозбуждения, а на рисунке 7, б? в жестком режиме самовозбуждения.

Рисунок 7 - Колебательные характеристики автогенератора

Линии обратной связи представляют собой зависимость выходного напряжения цепи обратной связи Um вых от амплитуды первой гармоники входного тока Im 1 .

Поскольку выходное напряжение цепи обратной связи является входным напряжением усилительного элемента, а входной ток цепи обратной связи является выходным током усилителя, то линии обратной связи удобнее представить относительно усилителя как зависимость входного напряжения усилительного элемента от амплитуды первой гармоники выходного тока (рисунок 8).

Рисунок 8 - Линии обратной связи

Линии обратной связи выражают линейную зависимость, т. к. цепь обратной связи является линейной цепью. Наклон линий зависит от коэффициента обратной связи Кос. Чем больше Кос, т. е. чем сильнее обратная связь, тем меньше угол наклона относительно оси Um вх, например, на рисунке 8: Кос 1 <Кос 2 <Кос 3 .

Определение стационарной амплитуды колебаний

Из пункта 1.6 следует, что в автогенераторе одновременно существуют линейная (линии обратной связи) и нелинейная (колебательная характеристика) зависимости. В стационарном режиме работы автогенератора амплитуда напряжения Um вх и соответствующая ему амплитуда тока Im 1 усилительного элемента должны одновременно удовлетворять этим двум зависимостям. Это возможно только в точках пересечения колебательной характеристики с линией обратной связи. Рассмотрим процесс определения стационарной амплитуды колебаний в различных режимах самовозбуждения.

Мягкий режим самовозбуждения.

Для анализа процессов происходящих в автогенераторе построим обе его характеристики в одной оси координат и в одном масштабе (рисунок 9).

На рисунке представлены две линии обратной связи при различных коэффициентах обратной связи Кос 1 и Кос 2 причем Кос 1 <Кос 2 . При Кос 1 колебания отсутствуют, т. к. колебательная характеристика и линия обратной связи имеют одну общую точку 0, а значит Um вх =0 и Im 1 =0. При Кос 2 колебательная характеристика и линия обратной связи имеет две общие точки 0 и В. Поскольку, как отмечалось выше, в точке 0 колебания не возможны, то устойчивые колебания возможны только в точке В при напряжении равном Um вхВ и соответствующем ему током Im 1В. Точка В является точкой устойчивого равновесия и соответствует стационарному режиму работы генератора. В точке устойчивого равновесия наблюдается баланс энергии пополнения усилительного элемента и энергии потерь. К этой точке генератор приходит в процессе самовозбуждения. В результате воздействия на генератор различных дестабилизирующих факторов он может выйти из состояния устойчивого равновесия, но амплитуда колебаний будет стремится вернутся к точке устойчивого равновесия. Рассмотрим процессы, происходящие в автогенераторе в этом случае.

Предположим, что напряжение на входе усилительного элемента уменьшилось до значения Um вхС. Это напряжение вызовет в выходной цепи генератора ток Im 1 C . Этот ток благодаря обратной связи увеличит напряжение на входе элемента до Um вх D , а это, в свою очередь, приведет к увеличению тока до Im 1 D . Этот ток приведет к увеличению напряжения и т. д. Это будет происходить до тех пор, пока амплитуда колебаний не достигнет значений точки В. Если же амплитуда колебаний, под воздействием дестабилизирующих факторов, увеличится до значения Um вхЕ, то произойдет обратный процесс, т. е. вызванный этим напряжением ток Im 1 E , благодаря обратной связи, приведет к уменьшению напряжения Um вх и т. д., до тех пор, пока амплитуда колебаний опять не вернется к значению точки В.

Жесткий режим самовозбуждения.

В данном режиме колебательная характеристика и линия обратной связи имеет три общие точки 0, А и В (рисунок 10).

Рисунок 10 Определение стационарной амплитуды колебаний в жестком режиме

В точке 0 колебания существовать не могут. Проанализируем точку А. Уменьшение амплитуды колебаний на входе усилительного элемента до Um вхС, вызовет ток в выходной цепи Im 1С, который в свою очередь приведет к уменьшению напряжения Um вх, это напряжение приведет к уменьшению тока Im 1 и т. д. до тех пор, пока колебания не затухнут. Если напряжение на входе усилительного элемента увеличится до значения Um вх D то амплитуда колебаний будет увеличиваться до значения точки В. Таким образом, точка А является точкой неустойчивого равновесия , в этой точке могут существовать колебания, но при изменения их амплитуды они либо затухают либо их амплитуда увеличивается. Если произвести анализ точки В, то она окажется точкой устойчивого равновесия.

Чтобы выявить особенности самовозбуждения генератора и определить стационарную амплитуду выходных колебаний, удобно использовать метод совместного анализа амплитудной характеристики усилителя К и прямой линии ОС β= U ОС / U ВЫХ, отражающей влияние цепи ПОС (рис. 5). Отметим, что амплитудная характеристика собственно усилителя в теории генераторов соответствует колебательной характеристике. Суть метода традиционна и заключается в том, что схему генератора (см. рис. 3) мысленно (и по существу) разделяют на две цепи - линейную и нелинейную. Линейная цепь представляет петлю ПОС, а нелинейная - собственно усилитель (ОУ и цепь ООС).

Мягкий режим самовозбуждения . Типичный вид амплитудной характеристики нелинейного усилителя на ОУ (рис. 5, а). При малой амплитуде входного напряжения U ВЫХ /U ВХ =К. С ростом же амплитуды начинает проявляться нелинейность передаточной характеристики ОУ, и коэффициент усиления К (а значит, и выходное напряжение) будет практически постоянным и даже может уменьшаться. На линейном участке напряжение ОС U ОС = U BX линейно связано с выходным напряжением U ВЫХ и определяется коэффициентом передачи цепи ПОС β (ведь U ОС = β U ВЫХ). Это напряжение действует на входе усилителя, поэтому линию ОС (зависимость U ВЫХ от U ОС) проводят на графике в виде прямой линии βпод углом γ = arctg(l/β) к оси абсцисс (см. рис.5, а).

Положим, что на вход усилителя воздействует небольшое входное напряжение U BX1 . Тогда после усиления в К раз на выходе генератора появится напряжение U ВЫХ1 . Это напряжение, ослабленное цепью положительной ОС в β раз, поступает на вход усилителя в виде напряжения U BX2 . Оно затем, в свою очередь, усилится до напряжения U ВЫХ2 . Подобный процесс будет протекать до тех пор, пока амплитуда выходного колебания не достигнет стационарного значения, при котором выполняется условие баланса амплитуд.

Стационарную амплитуду автоколебаний генератора можно определить по координатам точки пересечения амплитудной характеристики усилителя с линией ОС (точка А на рис. 5, а). Точка А является точкой устойчивого равновесия, и при случайном отклонении амплитуды выходного напряжения от стационарного значения U СТ автогенератор всегда возвращается в исходное состояние. Допустим, что амплитуда выходного напряжения U ВЫХ уменьшилась относительно U СТ на величину ∆U ВЫХ. Это вызовет снижение напряжения ОС U ОС на значение ∆U ОС, что, в соответствии с амплитудной характеристикой, в свою очередь, приведет к увеличению выходного напряжения U ВЫХ. При этом выходное напряжение будет расти до стационарного значения U СТ, а нестабильность напряжения ОС ∆U ОС уменьшится до нуля и перейдет в точку U ОССТ. Исследуем влияние значения коэффициента передачи цепи ПОС β на режим самовозбуждения автогенератора гармонических колебаний с типом амплитудной характеристики усилителя, показанной на рис. 5, б. Кстати заметим, что изменение значения коэффициента передачи цепи ПОС β в схеме рис. 3 можно осуществлять либо регулировкой значения сопротивления резистора R, либо изменением коэффициента включения колебательного контура (неполным включением контура).

Если плавно увеличивать коэффициент передачи β (уменьшать наклон линии β), то, начиная с некоторого критического значения βкр, амплитуда стационарного колебания f/CT будет нарастать (см. рис. 5). Такой режим самовозбуждения генератора называют мягким. Для его обеспечения амплитудная характеристика усилителя должна выходить из нуля и иметь достаточно большой угол наклона к оси абсцисс в начале координат. Мягкий режим характерен тем, что подбором коэффициента передачи β можно установить любую, очень небольшую (близкую к уровню шумов), стационарную амплитуду выходных колебаний. В мягком режиме самовозбуждения на выходе генератора возникают колебания при появлении на входе усилителя малых уровней шумовых напряжений.

Рис.5. Мягкий режим самовозбуждения автогенератора:

а - амплитудная характеристика и линия обратной связи;

б - зависимость амплитуды U от коэффициента передачи β

Жесткий режим самовозбуждения. Другая картина процессов

наблюдается в процессах в автогенераторах, амплитудная характеристика усилителя которых имеет S-образную форму (рис. 6, а). Такой амплитудной характеристикой обладает усилитель при расположении его рабочей точки на нелинейном участке передаточной характеристики ОУ. Для самовозбуждения автогенераторов требуется очень сильная ПОС, и выходные колебания возникают мгновенно - скачком. Резкое («взрывное») самовозбуждение автогенератора происходит при значении коэффициента передачи цепи ОС β = β 1 когда линия ОС (линия 1 на рис. 6, а) касается снизу амплитудной характеристики в точке 0. Генерация колебаний срывается скачком при значении коэффициента передачи β, меньшем β 2 , когда линия ОС (линия 2) становится касательной к выпуклой части амплитудной характеристики. На графиках рис.6, а точка А отражает стационарный режим работы автогенератора, а точка С - режим неустойчивого равновесия. Такое положение объясняют следующим образом: при амплитудах выходных колебаний автогенератора, располагающихся на графиках ниже точки С, колебания затухают, а при амплитудах, находящихся выше точки С, - будут нарастать и достигнут стационарной амплитуды в точке А.