Колебательной характеристики

Последовательный и параллельный контуры являются одиночными колебательными системами. Присущий им недостаток — сравнительно малое ослабление сигналов, частоты которых лежат вне полосы пропускания. Лучшие частотные характеристики имеют многоконтурные колебательные системы.

Глава двадцать пятая. Частотные, временные и фазовые датчики с колебательными системами (резонаторами) . . . 477

В металлокерамических лампах ( 4-24, б) выводы электродов, которые имеют также плоскую конструкцию, отделены друг от друга не стеклянными стаканами, как в маячковых лампах, а цилиндрами из специальной высокочастотной керамики с малыми потерями. Металлокерамические лампы, так же как и маячковые, благодаря дисковым выводам удобно сочленяются с коаксиальными колебательными системами.

В схемах фильтров, как отмечалось, важное значение имеют резонансные контуры. Это ясно, если рассмотреть схемы 18.18 и 18.23. Особенно большое значение они имеют при построении полосовых и заграждающих фильтров (см. 18.12, 18.15). В § 18.4 было показано вредное влияние потерь в катушках, увеличивающих затухание в полосе пропускания и уменьшающих его в полосе задерживания. Таким образом, необходимо иметь контуры с возможно большей добротностью. Однако создать достаточно компактные контуры с высокой добротностью чрезвычайно трудно. В особых случаях применяют резонансные устройства с механическими колебательными системами, которые, стоят дорого, но имеют очень высокие добротности (порядка тысяч и десятков тысяч). Нашли применение главным образом кварцевые и магнитострикционные резонаторы.

Помимо рассмотренных в § 10.2 простейших одноконтурных автогенераторов в практике широко применяются автогенераторы с более сложными колебательными системами. Особенно часто встречаются двухконтурные схемы двух типов: с обратной связью через междуэлектродную емкость анод —сетка ( 10.19, а) и через емкость анод — катод ( 10.19, б). Источники питания на 10.19 не показаны.

Рассмотренные выше схемы с реактивными лампами не исчерпывают всех возможностей безынерционного управления частотой автогенераторов с колебательными системами. Развитие полупроводниковой техники привело к созданию нового прибора, так называемого варикапа, представляющего собой диод с электронно-дырочным переходом (р-п переход), емкость которого зависит от внешнего напряжения, приложенного в направлении запирания перехода. Эта зависимость определяется выражением (9.5).

В металлокерамических лампах ( 4-24, б) выводы электродов, которые имеют также плоскую конструкцию, отделены друг от друга не стеклянными стаканами, как в маячковых лампах, а цилиндрами из специальной высокочастотной керамики с малыми потерями. Металлокерамические лампы, так же как и маячковые, благодаря дисковым выводам удобно сочленяются с коаксиальными колебательными системами.

Из рассмотренных примеров видно, что при полном отражении от обоих концов линии она обладает колебательными свойствами, как и колебательные цепи с сосредоточенными параметрами. Получающиеся в линии осесимметричные прямоугольные колебания могут быть разложены на гармонические составляющие с частотами f i = /о, /з = 3/0, /я = 5/п, ..., а прямоугольные импульсы с периодом Го — на гармонические составляющие с частотами f\ = /о, /2 = 2/о, /з = З/о и т. д. Этим частотам гармоник соответствуют длины волн К\ = А0, Яг = Я.о/2, А3 — Аз/3 и. т. д. Поэтому длинные линии называют многоволновыми колебательными системами.

В генераторах гармонических колебаний колебательными системами служат резонансные LC-контуры (в СВЧ-генераторах для этих целей используются резонаторные системы) и частотно-зависимые (фазирующие) ЛС-цепи. Генераторы гармонических колебаний с LC-контурами называются LC-генераторами, а с фазирующими ЛС-цепями — RC-гене-раторами. LC-генераторы вырабатывают колебания достаточно высокой частоты (более 10U кГц),"а .RC-генераторы применяют для создания низкочастотных гармонических колебаний (от единиц герц до десятков килогерц).

В связи с большей сложностью конструкции тетроды изготавливаются преимущественно для генерации импульсов больших мощностей в дециметровом диапазоне и в коротковолновой части метрового диапазона. Электроды обычно имеют цилиндрическую конструкцию. Обе сетки, а иногда и катод составляются «з большого числа стержней, расположенных по образующим цилиндров соответствующих радиусов. Динатронный эффект ослабляется использованием лучевой структуры электронного потока и удалением анода от экранной сетки на сравнительно большое расстояние. Такие тетроды имеют металлостеклянную конструкцию и кольцевые вводы всех четырех электродов, что позволяет сочленять ее с полыми колебательными системами. Кольцевые вводы становятся частью колебательной коаксиальной системы. Анод снабжен радиатором для воздушного охлаждения.

Платинотрон, как и другие приборы с нерезонансными колебательными системами, обладает, в принципе, свойством широкополосное™. Однако замкнутость электронного потока в пространстве взаимодействия приводит к тому, что платинотрон может усиливать сигналы только при определенных значениях сдвига фазы на период замедляющей системы. Действительно, все электронные «спицы» должны находиться в тормозящем поле, в том числе и те, которые входят в пространство взаимодействия после разрыва в замедляющей системе. Другими словами, «спица», совершив оборот вокруг катода и двигаясь примерно в центре тормозящей фазы волны, должна вновь попасть в тормозящую фазу. Опережение или отставание «спицей» максимума тормозящего поля не должно превышать ±90°, иначе «спицы» после одного оборота вокруг катода

Найдите выражение колебательной характеристики /j = *=F(Um)> полагая, что к базе транзистора приложено напряжение (В) «бэ= 1.2+?/m cos ш/.

8.7. Кусочно-линейная аппроксимация проходной характеристики транзистора ( 8.3) определяется параметрами: крутизна линейной части 5 = 400 мА/В, напряжение, соответствующее точке излома, U, =0,5 В. Вывести уравнение колебательной характеристики 1к1(Е], где /Kl—амплитуда первой гармоники коллекторного тока; Е—амплитуда гармонического напряжения на базе. Построить колебательные характеристики в диапазоне амплитуд В для двух положений рабочей точки (С/0): 0,4 и 0,6 В.

8.12. Какова должна быть характеристика нелинейного элемента, чтобы обеспечить линейность колебательной характеристики?

8.9. Линейность колебательной характеристики обеспечивается выбором напряжения смещения U0 равным напряжению нижнего сгиба характеристики транзистора t/0=f/1==0,5 В (угол отсечки 0 = я/2). При этом средняя крутизна не зависит от амплитуды колебаний на базе и равна'5ср = 5/2 = 200 мА/В. Коэффициент усиления K=ScpR = 20. Амплитуда входного напряжения ?=8,5/20 = 0,43 В; КПД = 0,67. При уменьшении амплитуды напряжения на базе вдвое пропорционально уменьшается амплитуда напряжения на коллекторе и вдвое уменьшится КПД усилителя.

8.13. Если Ul — E
постоянных значениях С/с0 и ?а можно построить график функции /lam = /((/um), который называют колебательной характеристикой генератора. Форма колебательной характеристики зависит от напряжения t/c0.

График функции l/icm = q>(fiaJ является прямой линией и носит название линии обратной связи. При совместном построении колебательной характеристики и линии обратной связи ( 8.4) можно получить очень наглядную картину самовозбуждения автогенератора. Малейшие флуктуационные колебания, возникающие в колебательном контуре, вызывают переменное напряжение t/lcm, создающее, в свою очередь, колебания анодного тока /lam, определяемые колебательной характеристикой. Переменная составляющая /lam вызывает новое напряжение V lcm, определяемое линией обратной связи. Колебания нарастают до значения, соответствующего точке пересечения колебательной характеристики и линии обратной связи.

Жесткий режим самовозбуждения имеет место при пересечении колебательной характеристики линией обратной связи в точках а и б ( 8.4, б). В первой точке колебания неустойчивы, так как при меньших напряжениях на сетке колебания срываются, а при больших нарастают до второй точки пересечения. В этом случае для обеспечения самовозбуждения необходим довольно большой первоначальный электрический

Учитывая, что нагрузкой нелинейного элемента является резонансная система, настроенная на первую гармонику тока, в ряде задач можно учитывать только ее и не учитывать остальные гармоники. Важной характеристикой резонансного усилителя, учитывающей только первую гармонику, является колебательная характеристика. Колебательной характеристикой называется зависимость амплитуды первой гармоники тока нелинейного элемента от амплитуды входного напряжения I\(U). Для работы резонансного усилителя без нелинейных искажений необходимо, чтобы колеба-гельная характеристика в рабочем диапазоне изменений входного сигнала была линейна. Из выражений (6.10), (6.15) и (6.28) следует, что линейность колебательной характеристики обеспечивается при большом входном сигнале, если угол отсечки 6 равен я/2,

ваемой колебательной характеристики автогенератора, представляющей собей зависимость ?/вых = f(UBX). На 18.2 изображены амплитудная характеристика собственно усилительного звена

С увеличением связи наклон линии II уменьшается и стационарная амплитуда тока 1К растет. При очень большой обратной связи стационарная амплитуда /к может уменьшиться из-за убывания колебательной характеристики (например, из-за возрастания сеточного тока). Такой режим получается при связи, соответствующей линии ОА ( 10.11).