LCC автогенератор на биполярном транзисторе, Вопрос по регулировке амплитуды Опции

[asc2000]

Здравствуйте, уважаемые форумчане!
Помогите разобраться с работой автогенератора.
Схема приведена на рисунке. Когда величина R3 минимальна, то амплитуда выходного синусоидального сигнала Uout максимальна. При увеличении R3 амплитуда Uout уменьшается и при некотором значении R3 генерация срывается.

Вопрос: чем (какими параметрами схемы) определяется амплитуда колебаний при любом конкретном значении R3? Почему амплитуда имеет именно такое значение (а не больше или меньше)?
Интересует физика происходящих процессов.

[Abell]

Да, еще нагрузку после конденсатора желательно иметь поболее выходного сопротивления каскада

Я просто взял режим транзистора по постоянному току, который представлен в первоначальной схеме топикстартера, поэтому подбирать режим как-то не с руки.
То, что ограничение амплитуды есть процесс, якобы не имеющий ничего общего с нелинейными искажениями - взгляд по меньшей мере оригинальный и свежий .

Да уж... то ли плакать, то ли смеяться... в общем, паяльник и осциллограф Вам в руки, и теорию подучить... Положительная полуволна, допустим, даст необходимый ток в нагрузку через транзистор. А отрицательная идет через резистор, а у Вас нагрузка в два раза меньше. Вопрос - откуда ограничение взялось?

[Proffessor]

А отрицательная идет через резистор, а у Вас нагрузка в два раза меньше. Вопрос - откуда ограничение взялось?

Все-таки оно взялось...
Не факт, что сопротивление нагрузки ЭП в данной схема генератора будет больше 2 kOhm. Это будет зависеть от добротности контура, которая неизвестна и от прочих факторов. Но тем не менее, даже при нагрузке 2k ограничение снизу наступает уже при амплитуде 1,2V. Конечно, было бы лучше, если бы постоянное напряжение на эмиттере базовыми резисторами установить 2,5V (вместо 1,8V), но что есть, то есть, такова была первоначальная схема.

Сообщение отредактировал Proffessor - Oct 30 2013, 13:51

[Abell]

Все-таки оно взялось...
Не факт, что сопротивление нагрузки ЭП в данной схема генератора будет больше 2 kOhm. Это будет зависеть от добротности контура, которая неизвестна и от прочих факторов. Но тем не менее, даже при нагрузке 2k ограничение снизу наступает уже при амплитуде 1,2V. Конечно, было бы лучше, если бы постоянное напряжение на эмиттере базовыми резисторами установить 2,5V (вместо 1,8V), но что есть, то есть, такова была первоначальная схема.

Да уберите Вы ее совсем, эту грешную нагрузку Не будем же спорить о свойствах схем включения транзисторов?
Ну давайте попробуем разобрать происходящие в этом генераторе процессы. Имеем обычную схему транзистора с ОК, в просторечии повторитель. Представляет собой каскад усиления по току. Режим по постоянному току выбирается резисторами смещения в базовой цепи для симметричного ограничения сигнала. Если известна нагрузка по переменному току - рабочая точка смещается опять-таки для симметричного ограничения, иными словами - для максимального выходного напряжения. По каскаду - все.
Контур параллельный, чем выше его добротность - тем больше будет амплитуда напряжения на нем, но при увеличении добротности и сопротивление контура как источника увеличивается, а значит - должно быть согласовано с входным сопротивлением транзисторного каскада.
Все можно рассчитать, формулы элементарные. Часть сигнала с эмиттера транзистора (любые флюктуации напряжения) поступает в контур и вызывает колебания на резонансной частоте. Емкости могут быть одинаковыми или верхняя может быть больше нижней, но не наоборот, иначе необходимый сдвиг фазы не получится. Необходимую глубину ПОС обеспечивает делитель напряжения, либо резисторный (что нежелательно, ибо уменьшает добротность контура), либо емкостной (с эмиттера через конденсатор малой емкости в точку соединения конденсаторов контура). При увеличении ПОС форма сигнала может дойти до прямоугольной, из-за ограничения каскадом.
Разновидность генератора с транзистором по схеме ОК - индуктивная трехточка, где сигнал с эмиттера подается в отвод катушки контура. Смысл тот же.

P.S. Дико извиняюсь, просто органически не перевариваю симуляторов и обученных с их помощью "специалистов"-теоретиков. Имхо, практика позволяет намного лучше усвоить материал. А симуляторами, опять же имхо, следует пользоваться уже намного позже, лишь как инструментом для быстрого моделирования, но никак не для первоначального обучения!
P.P.S. Еще раз дико извиняюсь, на написание ушло много времени, может пропустил чей-нибудь пост по теме
P.P.P.S. Вот написал все, и думаю - а кому это нужно? Сейчас же все модно на контроллерах делать, да не на простых, а чтоб гигагерц поболее да памяти петабайты, и чтоб непременно забугорного изделия

Сообщение отредактировал Abell - Oct 30 2013, 15:19

[Proffessor]

Все можно рассчитать, формулы элементарные. При увеличении ПОС форма сигнала может дойти до прямоугольной, из-за ограничения каскадом.
...органически не перевариваю симуляторов и обученных с их помощью "специалистов"-теоретиков. Имхо, практика позволяет намного лучше усвоить материал. А симуляторами, опять же имхо, следует пользоваться уже намного позже, лишь как инструментом для быстрого моделирования, но никак не для первоначального обучения!
... а кому это нужно? Сейчас же все модно на контроллерах делать, да не на простых, а чтоб гигагерц поболее да памяти петабайты, и чтоб непременно забугорного изделия

Ну да, в наше время баловаться с такими схемами можно только в порядке обучения.
Если бы было известно сопротивление потерь контура, а оно хз...
Я, собственно, тоже редко пользуюсь симуляторами, но здесь хотелось проиллюстрировать, что ЭП не безгрешен в смысле линейности. Если бы активный элемент генератора обладал чисто линейной амплитудной характеристикой, установление стационарного процесса было бы невозможным: амплитуда колебаний продолжала бы неограниченно возрастать до порога ограничения. Но здесь наблюдается зависимость установившейся амплитуды колебаний от глубины ПОС, что говорит о реальной нелинейности ЭП (пусть небольшой) еще до наступления ограничения.

[Tanya]

!

Все можно рассчитать, формулы элементарные. для первоначального обучения!

Proffessor
Вас Abell не слышит!
Совсем. Вы же вынуждены повторять прописную истину - без нелинейности генератор не может работать. И совершенно неважно, откуда она берется. Может быть, ко мне прислушается...
Вот и я повторила. Давайте не будем больше.

[Abell]

Вас Abell не слышит!
Совсем. Вы же вынуждены повторять прописную истину - без нелинейности генератор не может работать. И совершенно неважно, откуда она берется. Может быть, ко мне прислушается...

Слышу. И прислушиваюсь. И рискну поправить - генератор (электронный, механический - не важно) не может работать без притока энергии извне. Нелинейность же элементов, осуществляющих коммутацию этой энергии, тут совсем ни при чем Как устроен умформер, напомнить?
Professor изначально перепутал ограничение сигнала из-за несогласованной нагрузки с нелинейностью каскада, я немного поправил, что же я не услышал?

[Proffessor]

И рискну поправить - генератор (электронный, механический - не важно) не может работать без притока энергии извне. Нелинейность же элементов, осуществляющих коммутацию этой энергии, тут совсем ни при чем Как устроен умформер, напомнить?

Кого Вы поправляете? Это в Вашей консерватории надо что-то подправить. С необходимостью притока энергии извне никто не спорит. И нелинейность активных элементов действительно не влияет на запуск процеса автоколебаний. Дело в Вашем непонимании роли нелинейности в установлении определенной амплитуды колебаний. Амплитуда устанавливается такая, чтобы выполнялся баланс амплитуд, то есть, в физическом смысле, когда тот самый приток энергии от источника равен ее уходу в нагрузку и за счет рассеяния.

Сообщение отредактировал Proffessor - Oct 30 2013, 18:48

[Abell]

Дело в Вашем непонимании роли нелинейности в установлении опрделенной амплитуды колебаний.

Вот как? Да, действительно, про установление определенной амплитуды колебаний я и не упомянул, извиняюсь. Так вот, я Вас огорчу, но нелинейность и здесь ни при чем.
Возможно, Вы удивитесь, но амплитуда установившихся колебаний в этой схеме зависит прежде всего от сопротивления в цепи эмиттера, иначе говоря - от уровня энергии, передаваемой в контур отрицательной полуволной. Больше сопротивление - меньше энергия - меньше амплитуда. Далее - от добротности контура. Чем выше добротность - тем больше будет амплитуда напряжения на контуре. Но форма сигнала на эмиттере уже будет сильно искажена ограничением. На контуре же будет максимальная амплитуда, опять-таки зависящая от сопротивления в цепи эмиттера.
Хотите пари? Ваши условия?

[Proffessor]

Вот как? Да, действительно, про установление определенной амплитуды колебаний я и не упомянул, извиняюсь. Так вот, я Вас огорчу, но нелинейность и здесь ни при чем.
Возможно, Вы удивитесь, но амплитуда установившихся колебаний в этой схеме зависит прежде всего от сопротивления в цепи эмиттера, иначе говоря - от уровня энергии, передаваемой в контур отрицательной полуволной. Больше сопротивление - меньше энергия - меньше амплитуда. Далее - от добротности контура. Чем выше добротность - тем больше будет амплитуда напряжения на контуре. Но форма сигнала на эмиттере уже будет сильно искажена ограничением. На контуре же будет максимальная амплитуда, опять-таки зависящая от сопротивления в цепи эмиттера.

Ну да, удивлен, но прежде всего Вашим упорством в заблуждении. Как я и предполагал, дело здесь в консерватории. Как говорится, за деревьями не видите леса. Почему Вы решили, что данная схема генератора какая-то особая и не подчиняется общим принципам работы всех автоколебательных схем? Учитесь систематизировать и структурировать полученные от деда и отца знания и тогда не будете доказывать недоказуемое. При чем здесь сопротивление в эмиттере и отрицательная полуволна? Даже при условии наличия в генераторе абсолютно линейного активного элемента (идеального ЭП) амплитуда колебаний никак не зависит от глубины ПОС или добротности резонатора, это Вы должны понять в конце концов. Начните с изучения понятия баланса амплитуд. Это, конечно, скучнее, чем разбирать осциллограмы работы конкретной схемы генератора, но выбора у Вас нет. Задумайтесь, почему "весь диапазон линейной регулировки амплитуды - это изменение R3 в пределах 1% от 4k5". Уж не от малости коэффициента нелинейных искажений ЭП? Можно, конечно, весь процесс рассчитать покаскадно с учетом нелинейности ЭП, но времени нет.

Сообщение отредактировал Proffessor - Oct 31 2013, 07:53

[Abell]

Ну да, удивлен, но прежде всего Вашим упорством в заблуждении. Как я и предполагал, дело здесь в консерватории. Как говорится, за деревьями не видите леса.
... амплитуда колебаний никак не зависит от глубины ПОС или добротности резонатора, это Вы должны понять в конце концов. Начните с изучения понятия баланса амплитуд.

Я свои сообщения не исправлял, и буду весьма обязан Вам, если Вы мне укажете, в каком именно сообщении я утверждал, что амплитуда колебаний зависит от глубины ПОС, это Вы передергиваете. Насчет того, что амплитуда не зависит от добротности резонатора - это уж, извиняюсь, ошибаетесь Вы.
Короче, мои тезисы:
1. Амплитуда колебаний на резонаторе автогенератора устанавливается в зависимости от количества полученной извне энергии, в данном конкретном случае эта энергия ограничивается резистором в цепи эмиттера.
2. Амплитуда колебаний на резонаторе очень сильно зависит от его добротности.

Опровергать будете? Как насчет пари?

[Proffessor]

Я свои сообщения не исправлял, и буду весьма обязан Вам, если Вы мне укажете, в каком именно сообщении я утверждал, что амплитуда колебаний зависит от глубины ПОС, это Вы передергиваете. Насчет того, что амплитуда не зависит от добротности резонатора - это уж, извиняюсь, ошибаетесь Вы.
Короче, мои тезисы:
1. Амплитуда колебаний на резонаторе автогенератора устанавливается в зависимости от количества полученной извне энергии, в данном конкретном случае эта энергия ограничивается резистором в цепи эмиттера.
2. Амплитуда колебаний на резонаторе очень сильно зависит от его добротности.

Опровергать будете? Как насчет пари?

Пари - это в местной забегаловке заключайте. А утверждение, что амплитуда изменяется в зависимости от эмиттерного резистора, который регулирует количество энергии, поступающей в контур? А регулировка этого резистора - не что иное, как регулировка глубины ПОС. Вы забываете, что в генераторе присутствует положительная обратная связь, которая стремится увеличить амплитуду независимо от добротности контура. Для запуска генератора необходимо, чтобы малосигнальный петлевой коэффициент передачи был >1. И амплитуда растет до тех пор, пока не наступит момент равенства 1 петлевого коэффициента передачи. Необязательно при этом будет ограничение синусоиды. Всего этого нет в книжке Свореня (на кружок "Умелые руки" рассчитано), но это Вас никак не оправдывает, здесь как-никак "форум профессиональных разработчиков".

Сообщение отредактировал Proffessor - Oct 31 2013, 08:50

[Abell]

Пари - это в местной забегаловке заключайте. А утверждение, что амплитуда изменяется в зависимости от эмиттерного резистора, который регулирует количество энергии, поступающей в контур? А регулировка этого резистора - не что иное, как регулировка глубины ПОС. Вы забываете, что в генераторе присутствует положительная обратная связь, которая стремится увеличить амплитуду независимо от добротности контура. Для запуска генератора необходимо, чтобы малосигнальный петлевой коэффициент передачи был >1. И амплитуда растет до тех пор, пока не наступит момент равенства 1 петлевого коэффициента передачи. Необязательно при этом будет ограничение синусоиды. Всего этого нет в книжке Свореня (на кружок "Умелые руки" рассчитано), но это Вас никак не оправдывает, здесь как-никак "форум профессиональных разработчиков".

1. Я недостаточно конкретно выразился, и Вы не поняли. Эмиттерный резистор на схеме ТС - R5. Это выходное сопротивление каскада. Не глубина ПОС.
2. ПОС естественно стремится увеличить амплитуду, тут Вы правы. До какой амплитуды раскачается резонатор - определяется энергией, поступившей в него, и добротностью резонатора.
3. Если не ошибаюсь, ТС интересовался не математикой, а физикой процесса. Обычно у специалистов, отлично владеющих математическим аппаратом, наглухо отсутствует инженерное чутье, а на расчет достаточно простых реальных процессов находится отмазка "это сложно и долго". В итоге обычно и неправильно.

Tanya, мы можем транзистор вообще убрать Великий Максвелл не гнушался демонов подсаживать, и нам не грех - представим такую схему, где ключом служит демон, обеспечивающий и глубокую положительную обратную связь, и коммутацию:

Фазовый сдвиг обеспечивают конденсаторы С1 и С2, все конденсаторы одинаковой емкости. Демон занят замыканием/размыканием ключа до достижения максимальной амплитуды на контуре. Когда это ему удается, наблюдаем амплитуду сигнала на контуре. Понаблюдали? Теперь, не отвлекая демона от его занятия, потихоньку уменьшаем сопротивление R1, наблюдаем. Что происходит с амплитудой? Правильно, увеличивается. Не трогая демона, одномоментно увеличиваем индуктивность и уменьшаем все емкости, оставляя резонансную частоту контура такой же, но увеличивая добротность. Наблюдаем за амплитудой.
Результат мысленного эксперимента озвучиваем.

[Proffessor]

Эмиттерный резистор на схеме ТС - R5. Это выходное сопротивление каскада. Не глубина ПОС.
2. ПОС естественно стремится увеличить амплитуду, тут Вы правы. До какой амплитуды раскачается резонатор - определяется энергией, поступившей в него, и добротностью резонатора.
3. Если не ошибаюсь, ТС интересовался не математикой, а физикой процесса. Обычно у специалистов, отлично владеющих математическим аппаратом, наглухо отсутствует инженерное чутье, а на расчет достаточно простых реальных процессов находится отмазка "это сложно и долго". В итоге обычно и неправильно.

... представим такую схему, где ключом служит демон ...

Свят-свят... Тот самый демон Вас и попутал.
С вашей "теорией" не стыкуются по крайней мере два реальных факта:
1. Очень узкий диапазон регулирования резистора обратной связи (1% относительно 4.5к), при котором амплитуда возрастает от 0 до уровня ограничения.
2. Явление срыва генерации при незначительном уменьшении добротности контура, хотя по вашей "теории" амплитуда колебаний должна пропорционально уменьшаться.
Ваше "инженерное чутье" забывает о действии положительной обратной связи. Если для Вас понятие коэффициента передачи относится к "сложнейшему математическому аппарату", говорить дальше не о чем.

Сообщение отредактировал Proffessor - Oct 31 2013, 11:35

[Abell]

Ведь по Вашей теории, все должно быть пропорционально, если это сопротивление уменьшить вдвое, то количество энергии, переданной в контур, тоже должно удвоиться и амплитуда должна возрасти вдвое, но реально это не так.

Не передергивайте. Такого я не говорил. При чем здесь уменьшить вдвое, энергия удвоится, амплитуда вдвое? Я, кажется говорил о принципиальной зависимости чего-то от чего-то, не числовой А как же пресловутая добротность, эквивалентное сопротивление контура на резонансной частоте?
А о положительной обратной связи я никогда не забываю, она мне нравится Вот к примеру сейчас, я добавляю энергию в тему, у нас возникает резонанс (хотя и на разных частотах) объем темы разрастается, разрастается
Так что, извините, свои тезисы я изложил, видение процесса показал, кажется, достаточно наглядно (пусть даже на уровне кружка "умелые руки" - а как Вы хотите воспитывать и учить электронщиков, если не с детства, кто ими сейчас занимается - сразу огромным матаппаратом по голове бьют в ВУЗах, а радиокружков нет...), тему не будем раздувать, ладно? Засим дозвольте откланяться

И опять Вы сообщение отредактировали Ну зачем, неспортивно это