Файл: Лапицкий Е.Г. Радиопередающие устройства. Основы теории нелинейных цепей [учебное пособие].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 71
Скачиваний: 0
тельного напряжения через индуктивную ветвь контура, ооразованную последовательным соединением катушки самоиндук ции L и конденсатора С2, потечет ток —
В том, что сопротивле ние этой ветви имеет индук тивный характер, нетрудно убедиться, воспользовав шись следующими соотно шениями:
|
|
1 |
|
|
|
0)С2 |
|
-----<»/. 11 — <021С2) |
|||
—ш/. |l |
0)2 |
у |
|
|
|
||
Так как |
|
|
|
----^ |
<- m2 |
|
1 |
“' 1 |
C ,< в |
Q + Q |
|
|
|
||
то выражение в |
скобках |
||
всегда |
положительно (т. е. |
л^Х )), что и определяет индуктивный характер со противления ветви.
Поскольку ток в индук тивности отстает от напря жения на угол, близкий к 90° (если пренебречь потерями в катушке), изменение его во времени будет происхо
дить так, как показано на рис. 3.3б. Этот ток, протекая через конденсатор С2, вызовет на нем падение напряжение изменение которого во времени будет отставать от тока на угол, близкий к 90° (кривая на рис. З.Зе).
. Напряжение, снимаемое с конденсатора С2, подается на управляющую сетку лампы, вызывая изменение анодного тока лампы (рис. З.Зг). Полагая, что лампа работает в пределах линейного участка характеристики, можно считать, что анодный ток содержит две составляющие: постоянную !а0 и первую гармонику. Последняя изменяется так же, как и переменное напряжение, приложенное к сетке, т. е. ее изменения сннфазны с изменением напряжения возбуждения. Через колебательный контур протекает только переменная составляющая (первая
58
гармоника) анодного тока, так как прохождению постоянной составляющей препятствуют конденсаторы Q и С2.
Переменная составляющая анодного тока в колебательном контуре разветвляется на составляющую, протекающую через емкостную ветвь 1тС, и составляющую в индуктивной ветви lmL, Первая из них опережает анодный ток на угол, близкий к 90°, а вторая отстает (рис. 3.4).
Если пренебречь потерями в катушке самоиндукции, можно считать, что ток в индуктивной ветви Иф) отстает от перемен ной составляющей анодного тока
на угол в 90° (рис. 3.3d).
Сравнивая теперь зависимость тока в индуктивной ветви, выз ванного колебательным напря жением на контуре (кривая на
рис. 3.36'),' с зависимостью тока в той же ветви, вызванного анодным током лампы (кривая на рис. 3.3d), убеждаемся, чтоэти токи находятся в фазе. Это свидетельствует о том, что колебания, возникшие в контуре будут поддерживаться лампой за счет источника постоянного тока, включенного в анодную цепь, н в схеме возникнут незатухающие колебания.
Очевидно, что колебания в рассматриваемой системе могут возникнуть и существовать как угодно долго .тишь при выпол нении определенных условий.
Первое условие состоит в- выполнении фазовых соотноше ний в схеме - напряжение на сетке должно быть в фазе с на пряжением на контуре. Или, учитывая, что напряжение на аноде лампы противофазпо напряжению на контуре (так как’ их разность равна постоянному напряжению анодного источ ника), выполнение этого условия должно обеспечить противофазность напряжений на сетке и аноде. Невыполнение этогоусловия в рассмотренном примере привело бы к тому, что ток в индуктивной ветви, вызванный переменной составляющей анодного тока, был бы в противофазе с током, вызванным колебательным напряжением на контуре, и скомпенсировал его изменения. Никаких незатухающих колебаний в этом случае не было бы.
Второе условие состоит в том, что амплитуда переменной составляющей анодного тока должна быть такой величины, чтобы полностью скомпенсировать потери энергии в колеба тельной системе. В противном случае колебания со временем затухнут. Выполнение этого условия, называемого амплитуд ным, обеспечивается выбором необходимой величины сопро тивления обратной связи (в рассматриваемом примере емкости конденсатора С2), определяющего амплитуду напряжения на сетке, а также эквивалентным сопротивлением колебательной системы (R3).
Наконец, третье условие состоит в том, что в автогенераторе должен быть н е л и н е й н ы йэлемент, ограничивающий беспре дельное возрастание амплитуды колебаний в контуре. Роль
такого нелинейного элемента выполняют либо сама |
электрон |
|
ная лампа автогенератора, |
либо специальные нелинейные эле |
|
менты, вводимые в схему автогенератора. |
|
|
Качественное рассмотрение процессов, происходящих в авто |
||
генераторе, не 'дает ответа |
на целый ряд вопросов, |
в частно |
сти, каковы амплитуда и |
частота установившихся |
колебаний, |
от каких параметров и как они зависят, каким образом проис |
ходит установление стационарного режима, каковы должны быть параметры схемы, чтобы вообще было возможно само возбуждение, и т. д.
Ответы на все эти вопросы могут быть получены при коли чественном рассмотрении процессов в цепях лампового авто генератора. Однако этот анализ весьма затруднен в силу не линейности рассматриваемой системы. Единого метода анализа, пригодного для. решения всех возможных задач, не существует.
Задачи, решаемые в теории |
автогенераторов, можно разбить |
на три основные группы, для |
каждой из которых разработаны |
определенные методы анализа.
П е р в а я , з а д а чсостоита в определении условий возникнове ния колебаний. Так как самовозбуждение автогенератора, как правило, начинается при малых амнлитуДах токов и напряже ний, когда нелинейностью ламповой характеристики можно пренебречь, то эта задача может быть решена методами ана
лиза л и н е й н ы хцепей, т. |
е. в рамках линейной теории. |
В т о р а я з а д а чтеорииа |
автогенераторов заключаемся в опре |
делении амплитуды и частоты установившихся колебаний. Эта задача является наиболее важной для практики, особенно для инженерного расчета схем автогенераторов. Для решения этой
задачи наиболее широко |
используется метод |
с р е д н е й к р у |
||
т изны ,, являющийся частным случаем |
общего |
к в а з и л и н е й н о г о |
||
метода. |
колебаний |
состоит |
в |
исследовании |
Т р е т ь я з а д а чтеорииа |
процессов установления колебаний (переходных процессов).
Решение этой задачи возможно несколькими методами, |
выбор |
|
которых зависит от |
требуемой точности решения. Наиболее |
|
часто используется |
метод м е д л е н н о м е н я ю щ и х с я , |
а м п л и т |
Следует отметить, что решение последних двух задач свя зано с анализом нелинейных уравнений лампового генератора, точных методов решения которых нет, и поэтому все перечис ленные выше методы являются приближенными.
§ 3.2. Линейная теория лампового автогенератора
. Линейную теорию автогенератора рассмотрим на примере автогенератора с трансформаторной обратной связью (рис. 3.5).
60
Составим дифференциальноеуравнение для указанной схемы. При этом сделаем следующие допущения: сеточные токи отсут ствуют, потери в контуре сосредоточены в индуктивной ветви колебательного контура. При составлении дифференциального уравнения будем учитывать только переменные составляющие
токов и напряжений, используя |
|
обозначения, |
принятые на |
|||||||||
рис. 3.5. На основании |
уравнений |
Кирхгофа |
можно записать |
|||||||||
следу ющйе, очевидиые |
из рис. |
3.5, |
соотношения: |
|
||||||||
|
|
|
|
|
1, |
-ic\ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
ll к |
di, |
, . |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
dt |
■ |
1 |
|
|
|
(56) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
С |
(1и„ |
С |
d |
di, |
|
• |
\ |
r |
|
d-i, |
rC ~ L~ |
|
|
|
|
I |
n |
L j |
LC |
|
|||||
|
dt |
|
dt |
dt |
L |
|
dt- |
L |
dt |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Подставляя в первое из тре’х полученных равенств значе |
||||||||||||
ние ic, будем |
иметь: |
|
d-i, |
|
|
di, |
|
|
|
|||
|
|
|
|
LC |
-f-rC |
|
|
(57) |
||||
|
|
|
|
dP |
dt |
|
||||||
|
|
|
a L 1 |
1 |
' w |
|
|
Так как рассматривается линейная теория лампового авто генератора, то вольтамперную характеристику лампы можно считать линецной и представить ее в виде:
лиупр ' S (и?,-\rDua)-
S {ug] - DuK), |
(58) |
где |
5 —крутизна- |
характеристики |
|
||
в точке, соответствующей |
|
выбран |
|
||
ному смещению (знак „ — “ |
указы |
|
|||
вает |
на иротивофазность |
напряже |
|
||
ний на контуре и на аноде). |
|
||||
Переменное напряжение на сетке, |
рис 3 ,5 . |
||||
индуктируемое в катушке |
обратной |
||||
связи, определяется через ток в |
образом: |
||||
индуктивной ветви |
контура следующим |
||||
|
|
|
|
di. |
|
|
|
и ,~ М — у—. |
|
||
|
|
“б |
dt |
|
da-
(591 v
- Равенство (58) |
с учетом |
(56) |
и |
(59) |
можно |
представить в |
виде: |
di, |
! |
|
di, |
|
|
1, |
L |
-ri. |
|
|||
■М |
D |
—: |
|
|||
|
dt |
|
|
dt |
|
|
|
di, |
|
di; |
|
|
|
- -SM dtL |
■DSL ~cif |
DSriL' |
( 60) |