Самовозбуждение генератора

12.19. Для самовозбуждения усилителя необхддимо обеспечить вносимую отрицательную проводимость GBH=— 4-10~3 См. Применим формулу для расчета активной проводимости, вносимой в сигнальный контур данного усилителя [1]:

в виду паразитные связи, возникающие через емкости между печатными проводниками и самими ЭРЭ. Например, для предотвращения самовозбуждения усилителя элементы его входной цепи желательно располагать возможно дальше от элементов его выходных цепей.

Для самовозбуждения усилителя с мостом Вина в цепи обратной связи необходимо, чтобы усилитель обладал достаточным коэффициентом усиления для компенсации потерь напряжения в цепи обратной связи; кроме того, угол фазового сдвига между выходным и входным напряжениями усилителя должен быть ра-

Для получения большого усиления напряжения (в тысячи раз и более) применяют многокаскадные усилители напряжения. Схема двухкаскадного усилителя показана на 6.10, б. В цепь анода лампы Л1 включены резистор R^ и конденсатор Сф, называемые развязывающим фильтром. Такие фильтры включают, если число каскадов равно двум или больше. Развязывающие фильтры предотвращают возможность самовозбуждения усилителя, уменьшая паразитную обратную связь между каскадами через источник питания Еа, повышают устойчивость усиления и до некоторой степени выравнивают частотную характеристику в области нижних частот.

Резонансные усилители работают, как правило, на высоких частотах, поэтому во избежание самовозбуждения усилителя из-за наличия положительной обратной связи через проходную емкость лампы для

где К у — коэффициент усиления по напряжению части усилителя, охваченной обратной связью через емкость Спар. Из этого условия следует, что достаточная для самовозбуждения усилителя емкость Снар=1/(ю7и?у). При Ку=\04; 2вх=103Ом; ю=107 (/=1,5 МГц) и благоприятном для возбуждения фазовом сдвиге помехи С ^р = 0,01 пФ. Чтобы характеристики устройства при наличии обратной связи заметно не изменились, величина Спар между входом и выходом усилителя должна быть на порядок меньше, т. е. должна быть равна 0,001 пФ. Уменьшения емкостной паразитной связи можно добиться, разнося источники и приемники помех или используя во входной цепи диэлектрики с небольшой относительной диэлектрической проницаемостью, например фоль-гированный фторопласт (ФФ-4, ФАФ-4), полиимид. Это одновременно позволяет уменьшить потери во входных цепях усилителя и паразитную связь с другими устройствами.

Опасность самовозбуждения усилителя заставляет проводить специальные исследования его устойчивости. Одним из удобных и распространенных в настоящее время критериев устойчивости является критерий Найквиста, согласно которому об устойчивости системы с обратной связью судят по виду частотно-фазовой характеристики петлевого усиления. Например, если частотно-фазовая характеристика петлевого усиления имеет вид, показанный на 10.4, а, где она охватывает точку М, то в таком усилителе будет самовозбуждение. Это следует из того, что на частотно-фазовой характеристике нулевому фазовому сдвигу между входным и выход-ньщ напряжениями соответствует ось абсцисс, а в рассматриваемом случае при нулевом фазовом сдвиге (при положительной обратной связи) петлевое усиление будет больше единицы. Если частотно-фазовая характеристика «не охватывает» точку М ( 10.4,6), то в таком усилителе при положительной обратной связи будет недостаточное петлевое усиление и самовозбуждения не произойдет. На 10.4 изображены частотно-фазовые характеристики, которые находятся из соответствующих характеристик K = f(F) и y=:=f(F) посредством исключения частоты F из этих функций.

Во-вторых, триоды имеют большую междуэлектронную емкость С ,ю (емкость между анодом и управляющей сеткой), которая вредно влияет на работу триода на высоких частотах за счет образования паразитной обратной связи между анодной и сеточной цепями. Такая связь является причиной самовозбуждения усилителя. Это означает, что вместо усиления полезного сигнала каскад начинает генерировать вредные колебания.

Для раскачки LC-контуров в интегральных избирательных усилителях особенно целесообразно применение каскодного усилителя с дифференциальным каскадом (cvi. 4.3). В таком усилителе ка-скодное включение существенно ослабляет влияние паразитной обратной связи через проходную емкость, благодаря чему заметно уменьшается вероятность самовозбуждения усилителя. Кроме того, уменьшается выходная емкость усилителя и увеличивается его выходное сопротивление, что позволяет использовать полное включение контура к усилителю даже в высокочастотных устройствах, не опасаясь снижения добротности и стабильности резонансной частоты. Дифференциальные входы усилителя часто используются для подачи сигнала АРУ или для других целей.

щие повышению степени устойчивости усилителя. С увеличением сопротивлений резисторов RI и RI вероятность самовозбуждения усилителя уменьшается, однако ухудшается его быстродействие. Для этой же цели включен резистор R\i в цепь ввода корректирующего фильтра.

имеет конечное значение. При (JK-»1 Кр-> оо и колебания на выходе усилителя будут существовать даже при отсутствии полезного входного сигнала, развиваясь из малых флуктуа-ционных шумовых сигналов. Усилитель самовозбуждается, превращаясь в генератор электрических колебаний широкого спектра частот (процессы самовозбуждения в таких схемах будут подробно рассмотрены в § 8.1). В усилителях возникновение самовозбуждения не только нежелательно, но полностью исключает возможность их использования по прямому назначению — для усиления сигналов, поступающих на вход. Вероятность самовозбуждения усилителя возрастает с увеличением числа каскадов, охваченных обратной связью, и тем больше, чем больше фактор обратной связи $К.

Самовозбуждение генератора, начиная с момента времени его подключения к источнику энергии, определяется условием Кцу (со)#ио с(со)> > 1, которое после завершения переходного процесса переходит в условие установившегося режима работы автогенератора (10.5 1а) вследствие уменьшения значения К при увеличении амплитуды синусоидальных колебаний, обусловленного нелинейными свойствами транзисторов ( 10.76) .

Самовозбуждение генератора происходит следующим образом С 2»9) .

Электромагнитное сложение составляющих тока выполняется в силовой части статической системы возбуждения, состоящей из компаундирующего трансформатора Тр и силового выпрямителя 5/С. Наличие выпрямителя, имеющего нелинейное сопротивление, затрудняет самовозбуждение генератора, поэтому в генераторе ГСС 104-4Э применена резонансная система возбуждения, в которой в момент резонанса сила тока возбуждения не зависит от сопротивления выпрямителей.

Компенсация основного возмущения - изменения сопротивления нагрузки - осуществляется при помощи компаундирующих трансформаторов тока ТА1. Самовозбуждение генератора обеспечивается гальванической связью вторичных обмоток трансформатора с обмоткой статора. Вторичные обмотки трансформаторов тока включаются на опережающую фазу генератора, т.е. применяется фазовое компаундирование, осуществляющее эффективную компенсацию нагрузки при различных значениях коэффициента мощности. Коэффициент компаундирования зависит от характера нагрузки.

Как следует из условий (5.39), (5.41), самовозбуждение генератора с гармоническим возбуждением можно обеспечить за счет увеличения как угла наклона характеристики холостого хода гармонической обмотки, так и угла наклона характеристики возбудителя. Остаточное напряжение гармонической обмотки генератора также определяется остаточной намагниченностью генератора и возбудителя.

Отсюда видно, что, поскольку А2ц(0, т.е. условие (5.38) соблюдается, то самовозбуждение генератора произойдет.

7.5.1. Процесс самовозбуждения. Для создания автономного источника питания необходимо надежное самовозбуждение генератора при работе от гармонической обмотки. Так как при холостом ходе основной обмотки генератора содержание третьей гармонической составляющей магнитного потока минимально, то процесс самовозбуждения исследовался на этом режиме.

Эксперименты показали, что в обоих случаях система гармонического компаундирования обеспечивает надежное самовозбуждение генератора. На 7.5 приведена осциллограмма самовозбуждения генератора с системой гармонического компаундирования.

7.5. Самовозбуждение генератора с системой гармонического компаундирования

7.6. Самовозбуждение генератора со штатной аппаратурой регулирования

Простейшую схему генератора синусоидальных колебаний можно рассматривать как сочетание усилителя, включающего в себя нелинейные элементы (транзисторы) и частотно-задающего элемента. В качестве последнего могут использоваться колебательный контур, полосовой /?С-фильтр, кварцевый резонатор и т. д. ( 3.34, а). Устойчивое самовозбуждение генератора синусоидальных колебаний обеспечивается в том случае, если коэффициенты передачи усилителя /С = /Се/* и частотно-задающей схемы р = Ре/'1!' удовлетворяют условиям: