1tom - 0363.htm
425
резонаторов и активную среду, преобразующую энергию источника питания (энергию «накачки») в энергию ил.-маги, колебаний.
Возбуждение автоколебаний в Г, о, к. начинается с возникновения нач. колебаний в к.-л. элементе при включении источника питания, замыкании цепей, вследствие электрич. флуктуации и т. д. Благодаря цепи обратной связи энергия этого колебания полностью или частично поступает в активный элемент и усиливается в нем (рис. 1). Параметры цепи обратной связи подобраны т. о., чтобы усиленное колебании складывалось в фазе с начальным (положит, обратная связь,
Источник питания
а,вх
'
Рис, 1. Основная структурная схема генератора.
мсг
Активный Элемент
а,вых
Колебательная
цепь
БЫК
Цепь обратной связи
фазовый баланс). Колебания в Г. э, к. нарастают, т. с. происходит самовозбуждение генератора, если мощность Ракт = Ра., иых≈^а, их» передаваемая колебаниям активным элементом от источника питания, болъ-]]jo мощности потерь РПот во в^ех элементах Г. э. к. (включая мощность РВык, отдаваемую в нагрузку); в противном случае происходит затухание колебании. Активный элемент имеет, как правило, нелинейную амплитудную характеристику, поэтому зависимость Ракт от мощности колебаний (напр., от ^а.их) нелинейна; наоборот, мощность потерь в большинство случаев линейно зависит от мощности колебаний (рис, 2). При выпуклой амплитудной характеристике возбуждение
Рис, 2. Зависимость мощности потерь ^пот
(пунктир) и мощности Г" _, передаваемой
it К 1
килеба нинм а ктивным элементом, от мощности колебаний: на ьхо-дг (сплошная кривая) для генераторов: а ≈ с мягким самовозбуждением, 6 ≈ с ж╦стким возбуждением.
ста ц.
а
(Яак-г>РПот) возможно при сколь угодно малой нач. амплитуде и мощности колебаний ≈ это генераторы с мягким самовозбуждением (рис. 2, а). Если же амплитудная характеристика на нач. участке вогнута, то реализуется ж╦сткий режим самовозбуждения, когда нарастание колебаний (Ракт^-^not) возможно только при конечных значениях нач. амплитуды и мощности, превышающих иек-рое пороговое значение (/*а,вх> >^Лпр на рис. 2, б). С ростом амплитуды колебаний их усиление в нелинейном активном элементе уменьшается, происходит переход к стационарному режиму Г. э. к., к-рому соответствует эноргетич. равновесие в системе (-Ракт=^)»1от» амплитудный баланс). Условно баланса амплитуд записывают относительно амплитуды пли мощности колебаний в выбранной точке генера-
тора, напр, относительно Ра, вк : РЛл вых
Лч Вх
Л», их), где коэф. а характеризует. потери мощности, включая мощность, передаваемую в нагрузку, со ≈ частота. Вместе с условием баланса фаз <ракг(^, Рл, вхНфпасс (ю)^2лп, п=0, ±li ±2, ∙∙∙ оно определяет мощность и частоту коле-
Рис. 3. Вольт-амперная характеристика с падающим участком.
бании в стационарном режиме, поскольку в общем случае амплитудная характеристика, набег фазы в пассивных цепях фпасс и фазово-амцлитудная характеристика активного элемента факт зависят от частоты. Помимо баланса амплитуд и фаз необходимым условием существования стационарного режима является его устойчивость. Если при малом возмущении стационар-ного значения амплитуды мощность потерь в системе раст╦т или убывает быстрее, чем мощность, поступающая от активного элемента, то колебания устойчивы, амплитуда возвращается к стационарному значению.
Возникновение в колебат. цепи незатухающих колебаний можно рассматривать как результат внесения в не╦ «отрицат.» сопротивления, компенсирующего положит, сопротивление цепи. В отрицат. днфференц. сопротивлении увеличение тока соответствует уменьшению падения напряжения, йднфф≈ Д£//Д/<0, на я ем выделяется мощность Ракт, компенсирующая потери, поэтому активный элемент Г. э. к. вместе с управляющей им цепью обратной связи эквивалентен нек-рому -#дифф<0. Вместе с тем Лдифф<0 возникает в ряде приборов, вольт-амперная характеристика к-рых имеет падающий участок (рис. 3) при изменении U и / в пределах этого участка. Эти приборы применяют в Г. э. к. без использования спец. цепи обратной связи, включая их в состав колебат. цепи и выбирая пост, напряжение смещения 17СН т. о., чтобы рабочая точка лежала в пределах падающего участка вольт-амперной характеристики. К таким приборам относятся, наир,, туннельные диоды. При электрич. разряде в газах вольт-амперная характеристика также имеет падающий участок.
Вид возбуждаемых колебаний, их частотный спектр существенно зависят от частотных свойств пассивных цепей и активного элемента Г. э. к., в большинстве случаев обладающих резонансными свойствами и имеющих конечные рабочие полосы частот Дю^асс" й>пассС^ ≈ tUnacci Д^акт" ыа*ктС≈^акт** Если в пассивных цепях ярко выражены колебат. (резонансные) свойства (напр., в колебат. контуре или объ╦мном резонаторе), так что Дсопасс<С Дсоанг, то частота и форма генерируемых колебаний определяются свойствами собств. колебаний цепи. В этом случае роль активного элемента сводится к подкачке энергии в колебат. цепь для компенсации потерь в ней (включая отбор энергии в нагрузку). При малых потерях (высокой добротности колебат. системы) форма колебаний близка к синусоидальной, соответствующие Г. э. к. паз. генераторами гармонич. колебаний.
Если пассивная цепь не обладает заметными резонансными свойствами (контур или резонатор с низкой добротностью, согласов. отрезок волновода или замедляющей системы и др.), так что Лй)ласс>й>акт, то генерация гармопнч. колебаний возможна за сч╦т имби-рат. свойств активного элемента, управляемого цепью обратной связи и передающего анергию в колебат. цепь лишь на определ. частотах (напр., в лампе обратной волны на частоте, при к-рой фазовая скорость обратной волны замедляющей системы близка к скорости электронов). В ряде генераторов гармонич. колебаний резонансными свойствами обладают и пассивная цепь, и активный элемент, к-рые имеют примерно одинаковые, небольшие но ширине рабочие полосы частот Д^пасс^ Д waKT-C w; поэтому необходима точная настройка их собств. частот сопасс~(0акт^ ш. Так, в магнетроне частота одного из собств. колебаний объ╦мною резонатора близка к частоте, на к-рой электронный поток интенсивно переда╦т энергию ал.-мат. полю при совпадении дрейфовой скорости электронов с фазовой скоростью волны поля.
OL О
а ш
X ш
431
")
}
