Тербеліс контурының эквиваленттігі

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 43 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.А.ЯСАУИ АТЫНДАҒЫ ХАЛЫҚАРАЛЫҚ ҚАЗАҚ – ТҮРІК УНИВЕРСИТЕТІ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ЖӘНЕ МЕДИЦИНА ИНСТИТУТЫ
ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ФАКУЛЬТЕТІ
ФИЗИКА КАФЕДРАСЫ

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Жұмыстың тақырыбы: Гармоникалық сигналдар генераторларын зерттеу

Б е к і т е м і н Ғылыми жетекшісі:
Кафедра меңгерушісі, проф., ф.–м.ғ.к. Абдуманапов У.Ж.
ф.–м.ғ.д. _________________
__________________ Бақтыбаев А.Н.Тапсырманы орындаған:
Хаттама №____ ______________ Таңқай Қадиша
____ ___________ 2008 ж. ЖФЗ – 411 тобының студенті

Түркістан – 2008 ж.
Мазмұны

Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...
І – тарау. Автотербелістер тізбегі
І.1. Автотербелістер тізбегіндегі физикалық 6
процестер ... ... ... ... ... ...
І.2. Автогенераторлардың жинақталған 10
схемасы ... ... ... ... ... ... ... ... ...
І.3. Сыртқы кері байланысты автогенераторлар 13
теориясы ... ... ... ... ..
І.4. Тербелістердің пайда болу 14
шарттары ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ..
І.5. Контур жұмысының стационарлық (тұрақты) 16
режимі ... ... ... ... ...
I.6. Стационарлық режимнің 19
тұрақтылығы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
I.7. Генератордың өз - өзінен қозу 21
режимі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
I.8. Сыртқы кері байланыс тізбегімен қамтылған 25
автогенераторлардың схемалары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
I.9. Іштей кері байланысқан 28
автогенераторлар ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .
ІІ – тарау. Electronics Workbenсh
компьютерлік модельдеу қолданбалы бағдарламасы.
II.1. Electronics Workbensh бағдарламасын 31
қосу ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...
II.2. Electronics Workbenсh бағдарламасы терезесінің сипаттамасы ... 32
II.3. Electronics Workbenсh модельдеу жүйесімен жұмыс 48
істеу ... ... ... .
II.4. Схеманы жинау 50
тәртібі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ..
III– тарау. Экспериментальдық бөлім.
Elektronics Workbench компьютерлік модельдеу қолданбалы
бағдарламасымен тәжирібелер өткізу.
III.1. Гармоникалық сигналдар істеп шығаратын генераторлар
моделін Elektronics Workbench бағдарламасының жұмыс
столында 52
проектрлеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...
III.2. Тәжірибедегі автогенератор элементтерін 54
талдау ... ... ... ... ... ...
Қорытынды ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... 56
... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ...
Пайдаланылған 57
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ...

К І Р І С П Е
Мен зерттеп отырған гармоникалық сигналдар істеп шығаратын
генераторлар қазіргі уақыттағы барлық радиоэлектрондық құрылғылар құрамында
бар. Ол ұялы телефон болама, теледидар болама басқа да күнделікті тұрмыста
пайдаланылып жүрген электрондық құрылғылардың жүрегі болып есептелінеді.
Оның жұмыс істеуі осы құрылғылардың сапасына әсерін тигізеді. Егер
генератордың жұмысы барлық параметрлер жағынан қойылған талаптарды
қанағаттандыратын жағдайда болса, онда олардан жасалған электрондық
құрылғылардың сапасы да, сенімділігі де, жұмыс істеу мерзімі де жоғары
болады. Генераторлар электрондық құрылғылардың негізін құрайтын
болғандықтан бірінші кезекте генераторлардың жұмысын тереңірек зерттеу
мақсатында мен осы тақырыпты таңдадым. Ал генераторлардың түрлері өте көп,
мысалы төменгі немесе жоғары жиілікті синусоидалық сигналдар істеп
шығаратын генераторлар, әр түрлі пішінді (тік бұрышты, үш бұршты,
трапециялық т.б.) сигналдар генераторлары т.б.
Бүгін мен диплом жұмысымды қорғамақшы болып тұрмын.
Автогенераторлардың ең қарапайым түрі тербелмелі контурдан, актив
элементтен (актив элементтің вольт – амперлік сипаттамасы бейсызықты болу
қажет), кері байланыс тізбегінен және ток көзінен тұрады. Тербелмелі
контурда бастапқы кезде конденсатор зарядталып болғаннан соң, индуктивтік
катушка арқылы разрядтала бастайды, разрядталу процессінде электромагниттік
индукция заңы бойынша катушкадағы электр тогы конденсаторды қайта
зарятайды. Зарядталу процесі бастапқы күйіне теріс бағытта болады.
Зарядталу мен разрядталу процесі периодты түрде жүреді. Ал олардың периоды
мына формуламен анықталады׃ T= (Томсон формуласы). Нақты контурдағы
элементтердің актив кедергісі нөлден үлкен болғандықтан оларда зарядталған
конденсатор энергиясы шығындалады. Соның есебіне ондағы процестің өзі
өшетін процесс болады.
Нақты құрылғыларда әр уақытта энергия шығыны болғандықтан, шығынның
орнын толтырып тұру қажет. Оны энергия мен қамтамасыз ету ток көзі
тарапынан жүзеге асырылады. Ал актив элемент, яғни транзистор ток көзінен
берілетін энергияны реттеп отырады. Транзисторға кері байланыс тізбегінен
келетін сигнал бойынша тербеліс контурын ток көзіне қосады немесе ток
көзінен ажыратады. Егер ток көзіне қосу кезінде контурдағы процесс фаза
жағынан кері байланыс фазасымен бірдей болса, онда контурда өшпейтін
тербелістер болады. Ал, қарама – қарсы фазада болып қалса, онда контурдағы
тербелістің өшуі жеделдейді.
Жоғарыда айтылғандарды тереңірек қарастырайық.

І – тарау. Автотербелістер тізбегі

Сыртқы күштер әсерінсіз өз – өзінен электр тербелістері пайда болатын
актив электр тізбегін автотербелістер тізбегі деп атайды. Ондағы
тербелістерді автотербелістер деп атайды, Тербелістерді қоздыратын электр
тізбегін автогенератор (көбінесе генератор) деп атайды. Автогенераторлар
радиотехникада және байланыста кеңінен қолданылады. Қоздырылатын
тербелістердің пішіні (формасы) бойынша генераторлар:
а) синусоидалы тербелістер генераторлары;
б) синусоидалы емес тербелістер генераторлары болып екі түрге
бөлінеді.
Жұмыс істеу принципі бойынша генераторларды сыртқы кері байланыстық
және іштей кері байланысқан деп екі топқа ажыратады. Және генераторларда
қолданылған негізгі пассив элементтері бойынша LC – және RC – типті
генераторларға бөлінеді. Электрондық шамдар, транзисторлар (биполярлық
немесе өрістік), туннельдік диодтар, операциондық күшейткіштер
генераторлардың актив элементтері болып табылады.
Бұл тарауда негізінен актив элементтері ретінде биполярлық
транзисторлардан пайдаланылған, сыртқы кері байланысқан, синусоидалық
тербелістер қоздыратын LC – типті генераторлардың теориясына назар
аударылған. Сосын RС – типті және іштей кері байланысқан генераторлардың
құрылым ерекшеліктері қарастырылған. Айтып өтетін жайт,
автогенераторлардың қасиеттерін зерттеу нәтижелері жалпы түрде сипатталған.
Әртүрлі типтегі генераторлардың практикалық схемалары да жеке – жеке
қарастырылған.

І.1. Автотербелістер тізбегіндегі физикалық процесстер.
1.а – суретте L,С және G элементтерден құрастырылған параллель
жалғанған тербеліс контурі көрсетілген. Егер контурға сырттан қандайда
бір мөлшерде энергия берілсе, контурда еркін тербелістер пайда болады.

а)
1.а – сурет. L,С және G элементтерден құрастырылған параллель жалғанған
тербеліс контурі.

1.б – сурет. Өшетін тербелістің уақыт диаграммасы.

Кирхгофтың бірінші ережесі бойынша . Мүндағы, әрбір
қосылушыны элементтердегі кернеу uk бойынша өрнектеуге болады. Онда:

Бұл теңдеуді уақыт бойынша дифференциялдап және теңдеудің екі жағында С –
ке бөліп мынаны аламыз:
(1)

Контурдағы өтпелі процесс R0,5ρ немесе G болған жағдайда
тербеліс түрінде болады.
Тербелістің өшу коэффициенті: , ал контурдың резонанстық
жиілігі: . Осыларды есепке алып (1) – өрнекті қайта жазамыз:
(2)

Бұл дифференциялдық теңдеудің шешімі мынаған тең:
(3)

Мұндағы: Umk – контурға берілген энергияға тәуелді болған кернеудің
бастапқы амплитудасы; – өшетін тербелістің меншікті жиілігі.
(3) – өрнектегі тербелістер 0 болғандықтан өшетін тербелістер
болады, себебі контур құрамындағы актив кедергіде энергия шығындалады.
Өшетін тербелістің уақыт диаграммасы 1.б – суретте көрсетілген. Мұндай
контурды өшпейтін тербелістер генераторына айналдыру үшін ондағы энергия
шығынының орнын толтыру қажет. Сырттан берілетін энергия мөлшері контурдағы
энергия шығынының мөлшеріне тең болған жағдай да ғана контурда өшпейтін
тербелістер болады. Егер берілетін энергия мөлшері шығын мөлшерінен артық
болса контурда тербелістердің амплитудасы өсетін тербелістер пайда болады.
Тәжірибе жүзінде схемаға контурдағы актив өткізгіштік G – ны қарымталаушы
теріс таңбалы (Gвн) Gсырт – актив өткізгіштік енгізілесе, ол кезде G +
Gсырт = 0 және α = 0 болады да контурдағы тербелістер өшпейтін тербелістер
болады. Контурдағы энергия шығынының орнын толтыруға болады, мысалы,
контурдағы меншікті тербелістер есебінен, осылайша жұмыс істейтін
автогенератордың схемасы 2 – суретте көрсетілген.

2 – сурет. Контурдағы энергия шығынының орнын толтыруға болатын контурдағы
меншікті тербелістер есебінен жұмыс істейтін автогенератор.

Осы схемада өтетін физикалық процесті қарастырайық. Бізді қызықтырып
тұрған жағдай, бұл автогенераторда тербелістердің қалайша пайда болуы
немесе тербелістің өз – өзінен қозу механизмі қалай өтуі және тербелістің
белгілі бір амплитудамен орнықталуы, яғни генератордың стационарлық режимде
жұмыс істеуі болып табылады.
Автогенератордағы тербелістің пайда болу себебі нақты схема
элементтеріндегі токтардың флуктуациясы болып есептелінеді (актив
элементтердегі, резисторлардағы және т.с.с. элементтердегі электрондардың
жылулық қозғалыстары есебінен). Контур арқылы ағып жатқан токтар
флуктуациясы ік, контурда кернеу uk флуктуациясын тудырады. Бұл кездейсоқ
флуктуацияның спектрі өте кең және құрамында барлық жиіліктегі тербелістер
болады.
Контурдың комплекстік эквиваленттік кедергісінің модулы RОЭ = 1СОЭ
резонанстық жиілікте ең үлкен мәнге ие болғандықтан, контурдағы резонанстық
жиілікке жақын болған кернеу Uk құрамының амплитудасы ең жоғары болады.
Трансформатордың екінші орамасы арқылы контурдан ажыратып алынған
резонаныстық жиіліктіктегі синусоидалық тербелістер кернеуі кері байланыс
тізбегі арқылы база – эмиттер кернеуі Uбэ түрінде транзистордың кірісіне
беріледі. Бұл кернеу коллектор тогының ік үлкеюіне, ал токтың үлкеюі контур
кернеуінің үлкеюіне алып келеді. Нәтижеде контурдағы кернеу Uk де, кері
байланыс кернеуі Uk.б. де үлкейеді. Сөйтіп автогенераторды құраушы жабық
жүйеде резонанстық жиілікке ω0 ге жақын жиіліктегі тербелістер өздігінен
қозaды.
Анығын айтқанда тербелістердің қозуы үшін мынадай алғы шарттар
орындалуы тиіс, яғни кері байланыс арқылы транзистордың кірісіне беріліп
тұрған Uбэ кернеуінің фазасы контур кернеуі Uk амплитудасының үлкеюіне
алып келетін фазада болуы қажет. Бұл шарт фазалар балансы деп аталады.
Фазалар балансы трансформатордың екінші орамасын тізбекке дүрыс жалғау
арқылы жүзеге асырылады. Егер трансформатордың екінші орамасының полюстары
ауыстырылып жалғанса контурдағы кернеудің өсуі коллектор тогының кемеюіне
алып келеді де фазалар балансы орындалмайды, контурда тербелістердің өз –
өзінен қозу процесі жүрмейді.
Фазалар балансы орындалатын кері байланыс оң кері байланыс деп
аталады. Кері байланыс тізбегі керісінше жалғанса, оны теріс кері байланыс
тізбегі деп атайды. Генераторлардың өз – өзінен қозуы тек ғана оң кері
байланыс болған жағдайда болады.
Контурдағы тербелістің өз – өзінен қозу процесі, жүйенің энергиямен
қамтамасыз етілуі тұрғысынан былайша түсіндіріледі, яғни транзистор
контурға бір период ішінде, контурдың актив кедергісінде шығындалатын
энергияға қарағанда көп энергия береді. Бұл дегеніміз контурға оның G актив
өткізгіштігінен артықша болған Gсырт теріс актив өткізгіштік қосуға
эквивалент болып табылады. Мүндай жағдай контурдағы тербелістердің өшу
коэфиценті теріс болуына және контурда амплитудасы өсетін тербелістердің
қозуына әкеледі.
База – эмиттер Uбэ кернеуінен амплитудасы кіші болған кезде
генератордың жұмысы транзистор вольтамперлік сипаттамасының ік = f(Uбэ)
сызықтық учаскесінде болады. Ал контурдағы тербелістер амплитудасының
ұлғаюы мен кері байланыс кернеуі Uк.б. де үлкейеді, сондықтан транзистор
кірісіндегі Uбэ кернеуі өседі, осылайша транзистор ВАС – ның
бейсызықтылығына күшті әсер етеді. Тербелістердің амплитудасы жеткілікті
дәрежеге жеткенде коллектор тогының өсуі тоқтайды, яғни транзистор қанығу
режимінде жұмыс істей бастайды. Бұл кезде контур кернеуінің, кері байланыс
кернеуінің және кіріс кернеуінің мәндері тұрақты күйге өтіп,
автогенераторда тұрақты амплитудалық және контурдың резонанстық жиілігіне
жақын тербелістерді генерациялайтын тұрақты (стационарлық) динамикалық
режим орнатылады. Осылайша, автогенератордағы тербелістер амплитудасы
өсуінің шектелуі және стационарлық режимге өтуі транзистордың вольтамперлік
сипаттамасын бейсызықтылығы нәтижесінде болады.
І.2. Автогенераторлардың жинақталған схемасы.
Айтылғандардан мынадай қорытынды жасауға болады. Автогенератордың кез
келген схемасында вольт-амперлік сипаттамасы бейсызықты болған актив
элемент, тербеліс жүйесі (дербес жағдайда, тербелмелі контур) және тербеліс
жүйесінің шығысынан актив элементтің кірісіне тербелісті жеткізу үшін оң
таңбалы кері байланыс тізбегі болуы қажет. Мұндай автогенераторлар сыртқы
кері байланысты автогенераторлар деп аталады. Олардың құрылымдық схемасы 3
– суретте көрсетілген.

І.3 – сурет. Автогенераторлар схемасы

Бейсызықты актив элемент пен тербеліс жүйесі бейсызықты резонаныстық
күшейткішті құрайтындығын ескерсек сыртқы кері байланысты автогенератордың
құрлымдық схемасын 4.а – суреттегі көрністе болады деп айту мүмкін.
Талдаудың символикалық әдісінен пайдаланамыз. Күшейткіштің комплекістік
беріліс (передаточные) функциясы және кері байланыс тізбегі мынандай
өрнектер мен анықталады.

4а – сурет. Сыртқы кері байланысты автогенератордың құрлымдық схемасы

4б – сурет. Автогенератордың кері байланыс тізбегі тұйықталмаған
жағдайының схемасы

Нкүш=UкUкір және Нк.б=Uк.б. Uк
Мұндағы׃ Uк – тербеліс жүйесінің шығысындағы кернеудің комплекістік
әрекеттік мәні; Uкір – күшейткіш кірісіндегі кернеудің комплекістік
әрекеттік мәні; Uк.б. – кері байланыс тізбегінің шығысындағы кернеудің
комплекістік әрекеттік мәні.
4.б – суретте автогенератордың кері байланыс тізбегі
тұйықталмаған жағдайының схемасы көрсетілген. Барлық схеманың комплекістік
беріліс функциясы Нжалпы= Uк.б. Uкір= Нкүш* Нк.б.
Амплитуда балансы.
Генераторда тербелістердің өз – өзінен қозуы үшін (схема
шығысындағы) кері байланыс комплекістік кернеудің модулы Uк.б., схема
кірісіндегі комплекістік кернеуінің модулынан үлкен болуы тиіс, яғни
Нжалпы = Нкүш*Нк.б. 1 шарт орындалуы қажет. Стационарлық режимге
жақындау кезінде, бейсызықтылық әсерінен күшейткіштің комплекістік беріліс
коэффицентінің модулы Нкүш динамикалық тепе – теңдік орнатылуына дейін,
яғни Нжалпы = Нкүш*Нк.б. = 1 болғанға дейін азаяды. Бұл шарт
стационарлық режимге сәйкес келеді. Оны амплитуда балансы шарты деп атайды.
Егер Нжалпы = Нжалпы*ejφж; Нкүш = Нкүш*ejφкүш және Нк.б. =
Нк.б.*ejφк.б теңдіктерді ескерсек φжалпы = φкүш = φк.б. теңдікті аламыз.

Фаза балансы.
4.б – суреттегі схемада фаза балансы, яғни күшейткіш кірісіндегі және
шығысындағы кернеулердің фазалары φо = 2π болған кезде бір – біріне сәйкес
келеді. Сөйтіп, кері байланыс тізбегіндегі фаза ығысуы күшейткішдегі фаза
ығысуына тәуелді және ығысуды 2π – ге дейін толықтырады. Егер
генерациялайтын тербелістер жиілігінде күшейткіш кернеудің фазасын φкүш = π
градусқа ығыстыратын болса (мысалы, 2 – суреттегі автогенератор сияқты),
онда кері байланыс тізбегі сол жиіліктегі тербелістер фазасын φк.б. = π
градусқа ығыстыруы тиіс. 2 – суреттегі автогенератор схемасында Uк.б.(t) –
кері байланыс кернеуінің фазасын 180о – градусқа бұру Lк.б. – индуктивтілік
катушкасын қарама – қарсы жалғастыру арқылы жүзеге асырылған. Жалпы
жағдайда фаза балансы шарты мынандай: φо = 2 k π

І.3. Сыртқы кері байланысты автогенераторлар теориясы.
2 – суреттегі схемаға оралайық. Генератордың дифференциалдық теңдеуі
Кирхгофтың бірінші ережесі бойынша іс = іG = ік немесе
(4)

Бұл теңдеу жоғарыдағы жекеленген тербелмелі контур үшін жазылған
теңдеуден теңдіктің оң жағындағы мәжбүрлеуші коллектор тогы барлығымен
ерекшеленеді.
Жұмыс нүктесі U0 маңайында транзистордың вольтамперлік сипаттамасы
ік=F(uБЭ-U0) бейсызықты тәуелді болғандықтан коллектор тогының (uБЭ – U0)
кернеуге тәуелділігі бейсызықты болады.
Кері байланыс кернеуі – Uк.б., өзара индукция коэффиценті – М және L
катушкадағы ток арқылы есептелінеді, яғни мына теңдеумен׃
Uк.б= М .
Катушка тогы іL мен ондағы кернеу uк арасындағы қатынасты, яғни uк=
L(dіLdt) теңдікті ескеріп кері байланыс теңдеуін мынадай жазуға болады.
(5)

(4) – теңдікті дифференциалдап және теңдіктің екі жағында С ге бөліп
төмендегі өрнекті жазамыз.
(6)

бұл теңдеу (1) – теңдеуінен мәжбүрлеуші құрамасының – ік(Uк.б)dt
барлығымен ерекшелінеді.
Ік(Uк.б) – функциясының туындысын күрделі функция түрінде мынандай аламыз
(7)

мұндағы – транзистор вольтамперлік сипаттамасының дифференциалдық
тіктігі (өрі) деп аталады.
Оның кері байланыс кернеуіне Uк.б тәуелділігі бейсызықты болып
табылады. (7) теңдікті (6) – теңдікке қойып автогенератордың
дифференциалдық теңдеуін шығарамыз.
(8)

мұндағы – контурдың резонаныстық жиілігі.
Бұл дифференциалдық теңдеу бейсызықты болып есептеледі, себебі
контур кернеуінің бірінші дәрежелі туындысына көбейтіліп тұрған коэффицент
S(Uк.б), яғни контурдың дифференциалдық тіктігінің (крутизна) кері байланыс
кернеуіне тәуелділігі бейсызықтық. (8) – теңдеу автогенератордың барлық
қасиеттерін анықтайды.

І.4. Тербелістердің пайда болу шарттары.
Автогенератордың өз – өзінен қозу шартын анықтау кезінде
тербелістер амплитуда өсуі өте аз және авгенератордың жұмысы транзистор
вольт – амперлік сипаттамасының ік=F(Uк.б) сызықты ұяшық болады деп
қарастыру қажет. Басқаша айтқанда кіші амплитудалы тербелістер үшін
вольт–амперлік сипаттаманы сызықты – сынық функция мен аппрокцимациалау,
яғни жұмысшы амплитуда диапазонында кернеу тұрақты болуын тіктіктің кері
байланыс кернеуіне тәуелсіздігін қамтамасыздандыру қажет.
S=( Uк.б) – тұрақты коэффициент болу керек.
Мұндай жағдайда автогенератордың дифференциалдық теңдеуі сызықты
болады.

Мұндай белгілеулермен өзгертсек:
(9)

Мұндағы – транзистордың коллектор тізбегіне қосылған тербеліс
контурының эквиваленттік өшу коэффициенті.
(9) – және (2) – теңдіктерді салыстыру нәтижесінде байқалатыны
тербеліс контурын транзистордың коллектор тізбегіне қосқанда эквиваленттік
өшу коэффициенті , дан – шамаға азаятындығы байқалып тұр.
Бұл шама өзара индукция коэффициенті М – ге тәуелді.
Контурда амплитудасы өсетін тербелістер пайда болуы үшін
0 шарт орындалуы тиіс. Оның үшін болуы керек. Мұнан, өзара
индукция коэффициенті М – ның мөлшері
M (10)

болатынығы келіп шығады.
Бұл шарт (10 – теңсіздік ) автогенератордың өздігінен қозу шарты
деп аталады. Mкр= теңсіздік өзара индукцияның критик коэффициенті
деп аталады. Автогенераторда тербелістер кері байланыс MMкр болған
жағдайда пайда болады. Егер MMkp болса контурдың эквиваленттік өшу
коэффициенті 0 болады да контурдағы тербелістер өшетін болады.
Эквиваленттік өшу коэффициентін () былайша жазуға болады:
(11)

мұндағы – кері байланыс әсерінен контурда пайда болған өткізгіштік.
Бұл коэффициенттің таңбасы өзара индукция коэффициентінің (М) таңбасы
арқылы анықталады. М – ның таңбасы индуктивтілік катушканың жалғауына
қарап белгіленеді ( сәйкесінше жалғанса оң таңбалы, ал қарама – қарсы
жалғанса теріс таңбалы деп қабылданады). М 0 болған кезде кері байланыс
тізбегінің контурға қысқан өткізгіштігі теріс таңбалы болады да контурда
өшпейтін тербелістер пайда болады.
(9) – теңдеуі мен өрнектелетін тербеліс контурының эквиваленттік
схемасы 5 – суретте көрсетілген контурдың теріс таңбалы жалпы өткізгіштігі
М Мкр болған кезде G + Gсырт 0 болып контурға берілген энергия үлесі
оның актив өткізгіштігіндегі шығыннан үлкен болатындығын дәлелдейді.

5 – сурет. Тербеліс контурының эквиваленттігі.

І.5. Контур жұмысының стационарлық (тұрақты) режимі.
Үлкен амплитудалы сигналдар үшін транзистор вольт – амперлік
сипаттамасын бейсызықтылығын ескермеу мүмкін емес. Жалпы жағдайда оның
сипаттамасын жоғары дәрежелі полиноммен аппроксимациялануы тиіс.
Стационарлық (тұрақты) режимінде коллектор тізбегіндегі ток BAC –
ының iк = F(Uк.б.) бейсызықтылығы салдарынан синусоидалы емес және уақыт
бойынша периодтық болып табылады. Бұл функция Фурье қатары арқылы
өрнектеледі. Яғни,
iк = I0 + Im1 Cosω0 t + Im2 Cos2ω0 t + ...
ω0 – жиілікке бапталған тербеліс контурындағы кернеудің кемеюін – Uк ,
негізінен коллектор тогының бірінші гармоникасы арқылы анықталады. Себебі
контурдың кедергісі XL = ωL осы гармоникадағы токтар үшін үлкен ал,
кейінгі гармоникадағы токтар үшін кіші болады. өрнегімен анықталатын
Uк.б кері байланыс кернеуіде гармоникалық болып табылады. Оны мынадай
жазуға болады: uк.б. = Uк.б Cosω0 t, мұндағы Uк.б кері байланыс
кернеуінің әрекеттік мәні.
Вольт – амперлік сипаттамасыны орташа тіктік шамасын
ендіреміз. Бейсызықтық элемент арқылы ағатын ток ік І1 электрлік мәнінің
кері байланыс кернеуіне Uк.б - не қатынасы арқылы анықталады. Сондықтан,
орташа тіктікті вольт – амперлік сипаттамасының бірінші гармоника бойынша
тіктігі деп атайды.

6 – сурет. Типтік транзистордың вольт – амперлік сипаттамасы.

Орташа тіктік Sopm(Uк.б ) кері байланыс кернеуінің әрекеттік
мәніне Uк.б және U0 нүктесінің орнына да тәуелді. 6 – суретте типтік
транзистордың вольт – амперлік сипаттамасы ik = F(Uк.б ) көрсетілген.
Айталық жұмысшы нүктесі сызықтық учаскесінің ортасында орналасқан болсын
(U0 = U'0). Егер кері байланыс кернеуінің Uк.б әрекеттік мәнін
арттырсақ сызықтық участкесі арасында орташа тіктік өзгермейді. Сосын
вольт – амперлік сипаттамасының орташа тіктігі кемейе бастайды (7 –
сурет).

7.а – сурет. Вольт – амперлік сипаттамасының орташа тіктігінің кемею
графигі.

Егер жұмысшы нүктені (U0 = U''0) сипаттаманың ik = F(Uк.б ) төменгі
иілеуіне, яғни орташа тіктік кіші болған нүктеде деп таңдасақ, кері
байланыс кернеуі Uк.б әрекеттік мәнінің артуымен сипаттаманың жоғары
тіктік учаскесінде қамтиды. Сондықтан Sopm(Uк.б ) арта бастайды. Ең жоғары
тіктігінен өткен соң кері байланыс кернеуіні Uк.б арығарай арттыру орташа
тіктікті кемеюіне әкеледі (7.б – сурет).

7.б – сурет. Вольт – амперлік сипаттамасының орташа тіктігінің кемею
графигі.

Генератордың үлкен амплитудалық жұмыс режимінде болғанда a0
- коэффициентінің құрамына орташа тіктік Sopm(Uк.б ) кіретін болғандықтан
(8) – дифференциалдық теңдік бейсызықты болады. Бірақ, стационарлық режимде
контурдың гармониялық кернеуі uk – ның тепе – теңдік күйіндегі контур
кернеуінің Uk мәнімен сипатталынады. Сол сияқты кері байланыс uk.б
гармониялық кернеуінің тепе – теңдік күйіндегі кері байланыс кернеуі
Uк.б – нің мәнімен анықталады. Мұндай жағдайда орташа тіктік Sopm(Uк.б )
тұрақты шама болып табылады және (8) – дифференциалдық теңдікті сызықтық
деп алу мүмкін болады.
(12)

Стационарлық режимде генератор өшпейтін гармониялық тербелістер
істеп шығарады. Оның үшін төмендегі шарттар орындалуы тиіс:

Мұннан, орташа тіктіктің стационарлық мәні болады.
(13)

(13) – формуладан a0 = 0 болғанда, кері байланыс кернеуінің тұрақты
мәні - ні табу мүмкін (6 – суретке қара).
Стационарлық режимде a0 = 0 болғанда, генерациаланған тербелістер
жиілігі тербеліс контурының резонанстық жиілігімен бірдей болады.

I.6. Стационарлық режимнің тұрақтылығы.
Стационарлық режим тұрақты болуы үшін кері байланыс кернеуінің Uк.б
ауытқыуы уақыт өтуімен - нің тұрақты мәніне қарағанда азаюы керек.
8.а – суретте көрсетілген графиктің A нүктесіндегі стационарлық
режимді қарастырайық. Кері байланыс кернеуі азайса, яғни Uк.б - нің
мәні - нің мәнінен солға ауытқыуы a0 0 болған кезде (13) –
формула бойынша Sopm(Uк.б ) болуына әкеледі. Нәтижеде
тербелістер амплитудасы арта бастайды да стационарлық мәніне жақындай
түседі. Кері байланыс кернеуі көбейсе, яғни Uк.б - нің мәні -
нің мәнінен оңға ауытқысы a0 0 болған кезде (13) – формула бойынша
Sopm(Uк.б ) болуына әкеледі.

8.а – сурет. Графиктің A нүктесіндегі стационарлық режимі.

8.б – суретте көрсетілген графиктің В нүктесі тұрақты болмаған
стационарлық режимге сай келеді. Себебі кері байланыс кернеуінің
әрекеттік мәні тұрақты мәнімен салыстырғанда азаяды, орташа тіктіктің
тұрақты мәнінен үлкен болуына әкеледі. Ал кері байланыс кернеуінің
әрекеттік мәнін тұрақты мәнінен үлкейтетін болсақ С нүктемен белгіленген
екінші тұрақты күйіне келеміз. Бұл С нүкте стационар күйдің тұрақты күйі
болып табылады. Орташа тіктіктің кері байланыс кернеуіне тәуелділік
графигінен байқалатыны жүйе тұрақты болу үшін одан шыққан түзу сызықтың
функциямен қиылысу нүктелерінде ғана болады екен. Математика тілімен
айтқанда, мына шарт 0 орындалғанда стационар режимі тұрақты, ал
0 орындалғанда стационар режимі тұрақты емес. Сондықтан 0
бұл шартты стационарлық режимінің тұрақтылық шарты деп атайды.

8.б – сурет. Графиктің В нүктесі тұрақты болмаған стационарлық режим.і

I.7. Генератордың өз - өзінен қозу режимі.
Өзара индукция коэффициенті M – ді өзгертіп тербелістер пайда болу
процесін байқайық. Бұл процесте жұмыс нүктесі U0 - ді вольт – амперлік
сипаттамасының қай жерінде орналасқанына тәуелді. 9.а – суретте көрсетілген
орташа тіктіктің графигі жұмыс нүктесінің ең үлкен тіктігіне сай келеді.

9.а – сурет. Орташа тіктіктің гарфигі.

Өзара индукция коэффициенті M – дің мәнін өзгерткенде =
болғандықтан, орташа тіктіктің де мәні өзгереді. 9.а – суретте көрсетілген
орташа тіктіктің стационарлық мәні түзу сызықтары өзара индукция
коэффициентінің әр түрлі мәніне сәйкес келеді. Егер M = M1 болса
автогенераторда тербелістер пайда болмайды, себебі Sopm(Uк.б ) және
контурдың өшу коэффициенті a0 0.
Өзара индукция коэффициенті M – ді M2 ге дейін үлкейтсек =
Sopm(Uк.б ) және a0 = 0 болып қалады. M – дің мәнін одан әрі үлкейтсек
- тің мәні де азаяды және a0 0. Осылайша M = M2 ден бастап
- нің тұрақты мәндеріне сай келетін нүктелерде автогенераторда
өшпейтін тербелістер пайда болады. M – дің өсуімен теріс кері байланыс
кернеуінің стационарлық әрекеттік мәні - да тегіс өседі. M – дің
кемеюімен теріс кері байланыс кернеуінің стационарлық әрекеттік мәні
- да тегіс кемиді. Кері байланыс кернеуінің стационарлық әрекеттік мәнін
өзара индукция коэффициенті M – ге тәуелділік графигі 9.б – суретте
көрсетілген. Мұндай режим, яғни өзара индукция коэффициентінің өсуімен
тербелістер амплитудасының тегіс өсуі автогенератордың өз - өзінен
қозуының жұмсақ режимі деп аталады.

9.б – сурет. Кері байланыс кернеуінің стационарлық әрекеттік мәнін
өзара индукция коэффициенті M – ге тәуелділік графигі.

Егер транзистордың жұмыс нүктесі вольт – амперлік сипаттамасының
төменгі бүгісінде болса, онда орташа тіктіктің графигі 10.а – суретте
көрсетілген көріністе болады.

10.а – сурет. Транзистордың жұмыс нүктесі вольт – амперлік сипаттамасының
төменгі бүгісінде болсғандағы орташа тіктіктің графигі.

10.б – суретте кері байланыс кернеуінің әрекеттік мәнінің өзара
индукция коэффициенті M - ге тәуелділігі көрсетілген. Өзара индукция
коэффициентінің үлкен мәндерінде тербелістер қозып, ал кіші мәндерінде
үзілетін болса автогенератордың бұл режимін өз - өзінен қозуының қатты
режимі деп аталады.

10.б – сурет. Кері байланыс кернеуінің әрекеттік мәнінің өзара индукция
коэффициенті M - ге тәуелділігі.

Жұмсақ режимнің ерекшелігі M коэффициенті өзгергенде тербелістер
амплитудасының тегі өзгеруі болып табылады, ал қатты режимнің ерекшелігі
коллектор тогын кесіп тастау есебінен пайдалы әсер коэффициентінің жоғары
болуында.
Автогенераторға автоматты түрде ығыстырушы Rб Cб тізбегі қосу
жолымен жұмсақ және қатты режимдердің ерекшеліктерін біріктіру мүмкін (11.а
– суретте).

11 – сурет. Өз - өзінен қозуының жұмсақ және қатты режимдері
біріктірілген автогенератордың а – принципиал схемасы; б – транзистордың
вольт – амперлік сипаттамасы.

I.8. Сыртқы кері байланыс тізбегімен қамтылған автогенераторлардың
схемалары.
Трансформаторлық кері байланыс тізбегімен қамтылған LC генераторлары.
Жоғарыда трансформаторлық кері байланыс тізбегімен қамтылған LC
генераторларының жұмысы қарастырылған болатын (2 және 11 – сурет). 12 –
суретте трансформаторлық арқылы байланысқан LC генератордың басқа бір
схемасы көрсетілген . Бұл схемада тербеліс контуры кері байланыс тізбегіне
қосылған, ал оның жүктемесі транзистордың коллектор тізбегіне жалғанған Lж
- орамасы болып табылады. Бұл схемаға талдау жасап отырмаймыз, себебі
жоғарыда қарастырылған талдаудан айырмашылығы жоқ.

12 – сурет. Трансформаторлық арқылы байланысқан LC генератордың басқа
бір схемасы.

Автотрансформаторлық кері байланыс тізбегімен қамтылған LC
генераторлары.
Трансформаторлық кері байланыс тізбегімен қамтылған LC
генераторларының кемшілігі бір – бірімен байланысқан екі орамалардың
болуында. Сондықтан автотрансформаторлық кері байланыс тізбегімен қамтылған
LC генераторлары практикада жиі қолданылады. Бұл схемаларды кері
байланыс кернеуі тербеліс контурынан алынады. Осындай схема 13 – суретте
көрсетілген.

13 – сурет. Кері байланыс кернеуі тербеліс контуры.

Оны көбінесе үшнүктелік индуктивтікпен байланысқан генераторлар деп
атайды. Схемадағы C, L1 және L2 элементтері тербеліс контурын құрайды. Rб
резисторы автоматты түрде ығыстырушы тізбектің элементі болып табылады.
Бұл резистор арқылы база тогының тұрақты ток бойынша құраушысы ағады.
Схемадағы Cб конденсаторы қорек көзінің кернеуін базаға түсуіне жол
бермейді және автоматты түрде ығыстырушы тізбектің уақыт тұрақтысына әсерін
тигізеді.
RC – генераторлары.
RC – генераторлар салыстырмалы түрде төменгі жиіліктік сигналдар
істеп шығару үшін қажет. RC – генераторлар актив төртұштықтардан
(күшейткіштерден) және кері байланыс тізбегін жасау үшін керек болатын
пассив RC –тізбектердің құрамасынан тұрады. RC –генераторды құрастырудың
бір тәсілі 14.а – суретте көрсетілген. Мұндай генераторлар біркаскадтық
транзисторлық күшейткіштен оның шығыс пен кірістерінің арасына RC –тізбек
қосу арқылы құрастырылады.
Тербелістерді генерациялау үшін генератор кірісіне берілетін кері
байланыс кернеуі үздіксіз өсіп баруы тиіс. Мұндай жағдай күшейтуші
каскадтың күшейтуі кері байланыс тізбегі кірітетін әлсіретуден артық
болғанда жүзеге асады. Бұдан басқа фазалар балансы шарты орындалуы тиіс.

14.а – сурет. RC –генераторды құрастырудың бір тәсілі.

Оның мағынасы транзисторлық күшейткіштің бір каскады 180 о қа ығыстырса,
онда кері байланыс тізбегі де 180 о қа ығыстыруы тиіс. Сонда жалпы фазалар
ығысуы 0 – ге (360 – қа) тең болады.
Қарапайым бір RC – тізбек 90 о – тан артық болмаған фаза ығысуын
ендіреді. Сондықтан үштен кем болмаған RC –тізбек алынуы қажет. үш RC –
тізбектен тұратын схема фазалар ығысуының жиілікке тәуелділік графигі 14.б
– суретте көрсетілген. Мұнда RC ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.