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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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


Рис. 3.4.
JГП£

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)