Практические схемы автогенераторов

Условия самовозбуждения

Автогенератор – устройство, преобразующее энергию источников питания в энергию ВЧ - колебаний (вырабатывающее электрические колебания) без внешнего воздействия. Содержит активный элемент (транзистор), резонатор (высокодобротный колебательный контур), цепь положительной обратной связи. Основные элементы автогенератора показаны на рис. 1.1. На этом

Эквивалентные трёхточечные схемы автогенераторов

На практике широко используются трёхточечные схемы автогенераторов. Обобщенная структура приведена на рис. 1.5а. Элементы Ż₁, Ż₂, Ż₃ – комплексные сопротивления, являющиеся элементами колебательного контура и содержащие как реактивные X₁, X₂, X₃, так и резистивные r₁, r₂, r₃ составляющие:

Ż₁ = r₁ + jX₁,

Ż₂ = r₂ + jX₂,

Ż₃ = r₃ + jX_3,

причем на частоте генерации X₁+ X₂+X₃ = 0 (условие резонанса) и r_i << X_i. Сопротивление нагрузки в коллекторной цепи транзистора

.

Коэффициент обратной связи

.

Доказывается, что реактивности X₁ и X₂ имеют одинаковые знаки, тогда из условия резонанса X₃ – противоположный знак. Отсюда следует, что если X₁ и X₂ – индуктивности, то X₃ – ёмкость, при этом полученная схема называется индуктивной трёхточкой (рис. 1.5в); если же X₁ и X₂ – ёмкости, то получим ёмкостную трёхточку (рис. 1.5б). Частным случаем ёмкостной трёхточки можно считать приведённую на рис. 6.5г схему Клаппа. В этой схеме в индуктивную ветвь последовательно включается конденсатор, емкость которого значительно меньше ёмкости последовательного соединения конденсаторов С₁ и С₂:

С₃ << С₁С₂/( С₁ + С₂).

Для повышения стабильности автогенераторов необходимо использовать контуры с высокой добротностью. Это означает, что сопротивления потерь r₁, r₂, r₃ в элементах Ż₁, Ż₂, Ż₃ малы по сравнению с реактивными составляющими X₁, X₂, X₃, т.е. Ż₁ , Ż₂ , Ż₃ . При этом коэффициент обратной связи

.

Тогда для индуктивной трёхточки , для ёмкостной .

Частота колебаний автогенератора определяется резонансной частотой контура. Для индуктивной трёхточки рис. 1.5в , для ёмкостной трёхточки рис. 1.5б . Для схемы Клаппа рис. 1.5г

, где .

.

Практические схемы автогенераторов

Цепи питания и смещения. В автогенераторах можно использовать цепи питания и смещения, аналогичные как и в маломощных каскадах генераторов с внешним возбуждением (рис. 1.6). Для стабилизации режима по постоянному току используется сопротивление в цепи эмиттера, по высокой частоте заблокировано конденсатором С_э. В базовой цепи для мягкого самовозбуждения необходимо установить фиксированное смещение на участке с максимальной крутизной проходной характери стики. Это обеспечивается делителем на резисторах R₁ и R₂. Однако, если этот делитель низкоомный, он будет шунтировать цепь обратной связи и вносить дополнительные потери в контур автогенератора. Для устранения этого в базовой цепи ставят блокировочный дроссель или высокоомный резистор R₃ (рис. 1.6). Иногда рекомендуют и в коллекторной цепи вместо блокировочного дросселя использовать резистор R_бл, однако в этом случае вследствие его шунтирующего влияния на контур стабильность частоты генератора будет ниже.

Возможность прерывистой генерации. По мере роста амплитуды колебаний напряжение смещения уменьшается из-за наличия сопротивления автосмещения в цепи эмиттера. В результате амплитуда колебаний ограничивается только путем уменьшения угла отсечки без захода в перенапряженный режим.

Скорость нарастания постоянного напряжения автосмещения на эмиттерном сопротивлении определяется постоянной времени заряда конденсатора С_э. При большом значении емкости этого конденсатора увеличение напряжения автосмещения отстаёт от роста амплитуды колебаний. В результате может наступить прерывистая генерация, так как увеличивающееся автосмещение сдвинет рабочую точку на участок с такой маленькой крутизной, что условия баланса амплитуд уже не выполняются, колебания сорвутся. Затем при разряде блокировочного конденсатора напряжение автосмещения уменьшается и возвращает рабочую точку на участок с высокой крутизной, при которой выполняется условия самовозбуждения и колебания возникают снова. Условие отсутствия прерывистой генерации имеет следующий вид:

,

где , Q – добротность, ω₀ – резонансная частота контура.

Отсюда емкость блокировочного конденсатора .

В то же время сопротивление конденсатора на частоте генерации должно быть во много (10…20) раз меньше сопротивления автосмещения, т. е. .

2.1 Информационные технологии анализа и оптимизации автогенераторов

Компьютерные технологии анализа и оптимизации генераторов с внешним возбуждением В последнее время разработаны и продолжают совершенствоваться компьютерные методы проектирования ГВВ [4, 6-10, 12, 15-18, 20, 37-45], использующие современные математические модели электронных приборов. Это направление в анализе и синтезе ГВВ весьма перспективно, поскольку оно позволяет максимально учитывать особенности транзисторов на высоких и сверхвысоких рабочих частотах, использовать новые зарубежные технологии в проектировании и конструировании радиопередатчиков. Новые информационные технологии в проектировании и изготовлении радиопередающих устройств в литературе освещены недостаточно полно. Методика проектирования радиопередатчиков на отечественной элементной базе наиболее полно изложена в [2, 3]. Однако данная методика не позволяет в полной мере реализовать возможности зарубежной элементной базы, а также не ориентирована на компьютерное моделирование. 31 Одним из наиболее эффективных методов исследования и оптимизации сложных радиотехнических устройств, в частности, генераторов с внешним возбуждением в режиме большого сигнала является компьютерное моделирование на основе использования пакета программ Microwave Office.

Для того чтобы начинать работу с Microwave Office, щелкните кнопку Пуск на панели задач Windows. Выберите команду Программы > AWR Suite 2002>AWR Design Environmtnt. Щелкните клавишей название программы (рис.1.17). На экране монитора появится заставка и затем Главное окно программы Microwave Office.

Рисунок 1.17 – Пуск программы Microwave Office

Рисунок 1.18 – Главное окно программы Microwave Office

Главное окно содержит линейку всех необходимых компонентов данной среды проектирования. File - файл, Project - проект, Simulate - моделирование, Options -параметры, Windows - окно, Help - справка.

Рисунок 1.19 – Линейка компонентов среды проектирования.

Ниже расположены кнопки. Назначение активных кнопок можно узнать из всплывающих подсказок, подведя курсор мыши и задержав его на несколько секунд. Главное окно содержит также четыре закладки: Закладка Proj (Project View) - окно просмотра проекта, расположено в левой части Главного окна (рис. 1.20) и имеет полную законченную иерархическую структуру:

Рисунок 1.20 – Структура закладки Proj

Design Notes – блок комментариев предназначен для внесения сопроводительной информации в проект. - Project Options – блок опций (задание частот, единиц измерений и пр.) - Global Definitions – блок глобальных определений служит для описания переменных. - Data Files – группа внешних файлов данных добавленных к проекту. - System Diagrams – группа системных диаграмм, анализируемых программой VVS (Visual System Simulator) - Circuit Schematics – группа схемотехнических модулей отображает список всех частей проекта, заданных в виде электрических схем. - EM Structures – группа электромагнитных (EM) структур отображает список всех частей проекта, заданных в виде EM структур. - Conductor Materials – группа проводящих материалов содержит список всех проводящих материалов, используемых в EM структурах проекта. 33 - Output Equations – блок выходных выражений служит для определения переменных , получаемых их рассчитанных характеристик. - Graphs – группа отображения результатов расчета содержит все графики, диаграммы и таблицы, полученные в процессе моделирования. - Optimizer Goals – группа целей оптимизации содержит список рассчитываемых характеристик, которые необходимо оптимизировать в процессе работы с проектом. По этим характеристикам с учетом заданных весовых коэффициентов строится целевая функция проекта. - Yield Goals – группа статистического анализа содержит список характеристик, которые необходимо рассчитать с учетом случайного изменения заданных параметров элементов проекта. - Output Files – группа формирования выходных файлов содержит список файлов в различных форматах, которые формируются по итогам моделирования. - Wizards – ассистент проектов содержит ряд новых возможностей, которые можно внедрить в проект: утилита синтеза фильтров (Filter Synthesis), утилита расчета нагрузочных линий (Load Pull) и утилита переменных параметров (Swept Variable). - Scripting – группа скриптов содержит описания моделей и алгоритмов моделирования в виде файлов, описанных на языке C++. Закладка Elem (Element Browser) - просмотр элементов. Закладка Var (Variable Browser) -просмотр величин элементов. Закладка Layout (Layout Browser) - топология.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: