Н.М.Изюмов, Д.П.Линде
"ОСНОВЫ РАДИОТЕХНИКИ"
М.,Л.; "ЭНЕРГИЯ", 1965г.

ГЛАВА ДЕСЯТАЯ

ГЕНЕРИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

10-13. 

ЗАХВАТЫВАНИЕ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА

Если автогенератор, генерирующий колебания частоты , подвергнуть воздействию внешней э.д.с. достаточно большой амплитуды с частотой , мало отличающейся от частоты , то частота автогенератора может измениться и после переходного процесса стать равной частоте внешней э.д.с Это явление получило название захватывания или полного увлечения частоты. Иногда захватывание называют также принудительной синхронизацией. При заданной интенсивности внешнего сигнала оно наблюдается в некоторой области частот, лежащих близко к частоте собственных колебаний автогенератора, которая называется полосой захватывания. При несколько большей разности частот наблюдается лишь частичное изменение частоты автогенератора. Это явление называют частичным захватыванием (или увлечением) частоты. Начиная с некоторых расстроек, внешнее воздействие не приводит к изменению рабочей частоты автогенератора.

Рис. 10-67. Захватывание частоты автогенератора.

На рис.10-67 приведен график изменения разности рабочей частоты генератора и частоты внешней вынуждающей силы в зависимости от ее частоты. В полосе захватывания эта разность равна нулю, в области частичного захватывания она отлична от нуля, и вне ее разность нарастает линейно, поскольку частота перестает изменяться. Объяснить это можно следующим образом. На какую бы цепь автогенератора ни воздействовала внешняя э.д.с., на сетке лампы из-за наличия обратной связи появится переменная э.д.с. с частотой внешнего источника. Если эта частота сравнительно мало отличается от частоты автогенератора, а амплитуда наведенных колебаний сравнима с амплитудой напряжения на сетке лампы автогенератора, то в сеточной цепи возникнут биения колебаний этих двух частот. В некоторый момент времени максимальные положительные значения обеих величин совпадают (рис.10-68), они складываются и результирующее колебание равно сумме их амплитуд. Через период одна из величии снова достигнет максимального значения, а вторая величина в этот момент будет иметь меньшее значение, и поэтому их сумма будет меньше, чем в первом случае.

Рис. 10-68. Биения при сложении колебаний близких частот.

От периода к периоду сдвиг фаз между колебаниями будет расти и амплитуда результирующего колебания будет уменьшаться. Когда сдвиг фаз превысит 120°, колебания начнут ослаблять друг друга, а при сдвиге фаз в 180° амплитуда результирующего колебания достигнет разности амплитуд обоих колебаний. Дальнейшее увеличение сдвига фаз приведет к появлению и постепенному нарастанию амплитуды результирующего колебания. Когда же сдвиг фаз достигнет 360°, амплитуды колебаний будут вновь складываться. Таким образом, в результате сложения двух колебании разных частот возникают новые колебания с периодически нарастающей и убывающей амплитудой.

Для определения частоты результирующих колебании и периода изменения их амплитуды рассмотрим данное явление математически. Если в цепи происходит сложение двух высокочастотных колебаний с одинаковой амплитудой:

 

и

 

то в результате их сложения получим:

 

Используя известную тригонометрическую формулу преобразования суммы двух синусоидальных величин в произведение

 

получим:

(10-61)

Если частота f1 близка к частоте f2, то частота первого сомножителя мала и его можно рассматривать как переменную амплитуду высокочастотного колебания частоты

 

Таким образом, в результате биений двух высокочастотных колебаний возникают новые высокочастотные колебания с частотой, равной среднему значению их частот:

(10-62)

и переменной амплитудой, максимальные значения которой повторяются с частотой, равной разности их частот:

(10-63)

Уравнение колебаний биений показывает, что при переходе амплитуды через нуль фаза

высокочастотных колебаний меняется на обратную, поскольку

изменяет свой знак.

В тех случаях, когда амплитуды колебаний разных частот A1 и A2 неодинаковы, амплитуда результирующего колебания изменяется от максимального значения A1+A2, когда колебания складываются, до минимального значения A1-A2, когда колебания взаимно ослабляются. Период изменения амплитуды в этом случае легко определить из следующих соображений. Если в начальный момент времени максимальные фазы колебаний совпадали, то их новое совпадение произойдет через время T, за которое одна из величин совершит n, а вторая n+1 колебаний, т.е. T=nT1 и T=(n+1)T2.Приравнивая правые части этих выражений, получим:

 

Подставив затем это соотношение в первое равенство, мы найдем период изменения амплитуды результирующего колебания:

 

или частоту изменения амплитуды

 

которая равна разности частот складываемых колебаний.

Вернемся теперь к изучению явления захватывания частоты в автогенераторе. Из проведенного рассмотрения следует, что в результате биений напряжения автогенератора и внешней э.д.с. амплитуда результирующих колебаний будет изменяться с частотой , а их частота

 

Поскольку частоты и близки друг к другу, их разность получается во много раз меньше частоты результирующих колебаний. Поэтому, рассматривая явления в течение малых промежутков времени (порядка нескольких периодов колебаний), можно изменение их амплитуды не учитывать.

Анодный ток лампы определяется в основном напряжением на управляющей сетке, поэтому он также станет изменяться с частотой . Проходя через анодный контур, он будет создавать на нем падение напряжения новой частоты . Нетрудно видеть, что если , то новая частота, являющаяся средней частотой между и , будет больше , но меньше , т.е. генерируемая частота возрастет. Новая частота создаст биение с внешней э.д.с. и даст колебания с частотой

 

которая будет более высокой, чем частота , но более низкой, чем частота (рис.10-69), и частота в схеме возрастет еще больше.

Рис. 10-69. Изменение частоты автогенератора в процессе захватывания.

Такой процесс нарастания частоты будет происходить весьма быстро и дальше, пока после некоторого n-го цикла частота генерируемых колебаний почти точно не совпадет с частотой внешнего источника . После этого изменение частоты прекратится. То же самое происходит и тогда, когда частота внешней э.д.с. меньше частоты генератора, но в этом случае частота генератора будет уменьшаться, пока не совпадет с частотой внешнего источника. График, построенный на рис.10-69, следует понимать условно, как результат измерений мгновенных значений частоты в отдельные моменты времени. В действительности процесс изменения частоты протекает непрерывно.

Чем больше отличается частота внешнего источника от собственной частоты автогенератора, тем больше расстройка анодного контура относительно вынужденной частоты. Начиная с некоторой расстройки, условия возбуждения внешней частоты в схеме не выполняются, и явление захватывания исчезает. Однако это не означает, что влияние внешнего источника полностью прекращается. Рассмотренный выше процесс постепенного приближения частоты генерируемых колебаний к частоте внешнего источника остановится на известной стадии, и в схеме установится некоторая промежуточная частота

 

для которой условия самовозбуждения будут более благоприятны, чем для следующей частоты биений. Эта промежуточная частота будет тем ближе к частоте внешнего источника, чем меньше он расстроен относительно начальной частоты генератора.

Данное явление получило название частичного захватывания или увлечения частоты. Оно наблюдается в некоторой области расстроек, за которой явление частичного захватывания прекращается, как это и показано на рис.10-67. Захватывание частоты используется в целом ряде радиотехнических устройств, например для синхронизации генератора от другого более стабильного генератора, для выделения и усиления колебаний нужной частоты при действии в цепи э.д.с. многих частот, для умножения частоты путем синхронизации генератора высшими гармониками возбуждающей э.д.с. и т.п.

В этой главе:
10-1. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЛАМПОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
10-2. ГЕНЕРАТОРЫ С ВНЕШНИМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ (УСИЛИТЕЛИ)
10-3. ГЕНЕРАТОРЫ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ
10-4. ЛАМПОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ
10-5. КЛИСТРОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ И ГЕНЕРАТОРЫ
10-6. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН
10-7. ЛАМПЫ ОБРАТНОЙ ВОЛНЫ
10-8. ГЕНЕРАТОРЫ БЕГУЩИХ ВОЛН КЛАССА М
10-9. ТРАНЗИСТОРНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ
10-10. ГЕНЕРАТОРЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
10-11. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ С РЕАКТИВНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ОДНОГО ЗНАКА
10-12. ЗАТЯГИВАНИЕ ЧАСТОТЫ В АВТОГЕНЕРАТОРАХ
10-13. ЗАХВАТЫВАНИЕ ЧАСТОТЫ АВТОГЕНЕРАТОРА
10-14. ГЕНЕРАТОРЫ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ
ВСЕГДА ВЫРУЧИТ ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО от одной батарейки!

Вы не останетесь без связи в самый нужный момент - в качестве источника энергии выступит обычная батарейка типа АА...

Удобная почтовая доставка не только по России...

 
Более 3000 типов оригинальных аккумуляторов...

...для смартфонов и мобильных телефонов LG, Samsung, Motorola, Nokia, Sony Ericsson и др.

Доставка почтой, курьером...

webmaster@radio-1895.ru