Пример расчета трехфазной цепи Асинхронные машины Режим генератора Двухполупериодный выпрямитель Трехфазный трансформатор Полупроводниковые диоды Биполярные транзисторы Автогенераторы

Примеры выполнения курсовых работ по электротехнике и электронике

Генерирование гармонических колебаний.

Автоколебательная система.

Любой автогенератор представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию питания в энергию колебаний.

Независимо от схемы и назначения автогенератор должен иметь источник питания, усилитель и цепь обратной связи (положительной).

В автогенераторах, используемых для получения высокочастотных гармонических колебаний, в качестве усилительных элементов используется транзисторы, электронные лампы, а в качестве цепей нагрузки – колебательные цепи с сосредоточенными или распределенными параметрами.

 


Подключим к контуру в некоторый момент времени t0 очень кратковременно с помощью ключа к источник постоянного тока. При кратковременном включении ток в цепи катушки не успеет нарасти до заметной величины из-за свойства индуктивности препятствовать изменениям тока, т.е. правая ветвь контура будет практически разорвана.

Конденсатор успеет зарядиться, т.е. получить некоторую порцию энергии.

При отключении источника конденсатор начнет разряжаться через катушку и в контуре возникнут затухающие колебания.

Чтобы превратить их в незатухающие колебания, необходимо периодически пополнять запас энергии в контуре, для чего нужно подключать к нему источник постоянного напряжения в ту часть периода колебаний, когда на пластина конденсатора, соединяемой с отрицательным полюсом источника, будут накапливаться электроны.

Тогда источник будет пополнять заряд на пластинах, т.е. запас энергии в конденсатора.

Если же замкнуть ключ в ту половину периода, когда на данной пластине скапливаются положительные заряды, то источник будет нейтрализовать их и разряжать конденсатор.

В первом случае электроны, ускоряемые полем постоянного приходили к контуру, испытывая противодействие одноименных зарядов его конденсатора, а во втором они двигались в ускоряющем электрическом поле контура.

На основании этого можно сформировать общий физический принцип обмена энергией между колебательной системой и электронным потоком, на котором основано действие большинства генераторных приборов.

Пополнение энергии в колебательной системе происходит в том случае, когда электроны поступают в нее в тормозящем поле.

Заряды, проходящие поле колебательной системы, в ускоряющей фазе отбирают энергию у поля системы.

Это общее правило характеризует условие и направление обмена энергией между потоком и полем.

Из сказанного ясно, что для пополнения энергии в контуре следует на полпериода подключать к нему источник постоянного тока, а в другую половину периода отключать его.

При этом будет происходить преобразование энергии источника постоянного тока в энергию высокочастотных колебаний в контуре, т.е. генерация высокочастотных колебаний.

2.2. Возникновения колебания в автогенераторе.

Механизм возникновения и нарастания колебания удобнее всего рассмотреть с помощью схемы лампового автогенератора, рис.9.3,а.

 


Допустим, что запуск автогенератора осуществляется включением в момент t=0 постоянного напряжения Еа0

Бросок анодного тока ia(0) рис. 9.3, б, возбуждает в контуре Lк ,Ск свободное колебание, параметры которого определяются параметрами контура, лампы и обратной связи.

На начальном этапе запуска, тока амплитуда колебания мала, представленную на рис. 9.3, а цепь можно рассматривать как линейную.

Составим для этой цепи дифференциальное уравнение, учитывающее только переменные составляющие токов напряжений.

Колебательное напряжение на контуре uак и токи iС , iR ,iL , рис.9.3,а, связаны между собой соотношениями

ia=iС+iR+iL, 9.4.

В качестве искомой функции выберем, например, напряжение на контуре uак.

Подставляя 9.5. в уравнение 9.4. получаем

Теперь необходимо ток ia выразить через напряжения. Действующие на электродах лампы.

В линейном режиме для этого можно использовать выражение вида (5.40)

  9.7.

В рассматриваемой схеме напряжение uCK является напряжением обратной связи, причем

следовательно,

  9.7'

Выше было показано, что усилительная способность активного четырехполюсника в основном определяется безразмерным параметром Н21 (соответственно Y21 и Z21).

Для усилителя с ОЭ этот параметр совпадает с отношением токов

Он входит в паспортные данные биполярного транзистора и обозначается символом h21Э.

Для схемы с ОЭ, как ранее отмечалось, имеет место равенство b»h21Э, поэтому параметр

 5.30

можно трактовать как крутизну характеристики iK(uбЭ) б точке

uбЭ=UБЭО

Символом Ri на рис. 5.8,а обозначено внутреннее сопротивление источника тока.

Для транзистора в усилителе с ОЭ

Ri=1/h22

где h22 – выходная проводимость транзистора при разомкнутой входной цепи.

Передаточная функция цепи обратной связи КОС(Р) является положительной или отрицательной величиной согласно отношению ±М/L, где М – взаимная индуктивность; L – индуктивность колебательного контура усилителя с ОС.

Рассмотрим два возможных случая:

Отрицательной и положительной ОС.

 


Рис. Усилитель с 5.23 обратной связью. Резонансный усилитель.

Тогда передаточная функция усилителя, охваченного обратной связью

Передаточная функция (по напряжению) усилителя определяется по формуле (5.70):

,

Тогда передаточная функция усилителя, охваченного обратной связью,

где aЭК=1/2RШС – затухание контура;

wР=1/ÖLС – резонансная частота контура;

постоянная времени tК=2RШС=1/aЭК;

Р – комплексная частота, Р=s+iw

Для создания отрицательной обратной связи произведение КYKOC должно быть отрицательной величиной.

Поскольку КY(iw) при w=wР, т.е. при резонансе, является отрицательной величиной, то коэффициент КОС должен быть положительной величиной:

КОС=+М/L

При положительной обратной связи КОС=-М/L.


Общая электротехника и электроника