Harmonik rəqs generatorları

Harmonik rəqs generatorları
Elektrik rəqsləri generatoru – sabit cərəyan mənbəyinin enerjisini tələb olunan tezliyə və gücə malik elektromaqnit rəqslərinin enerjisinə çevirən, başqa sözlə sönməyən elektromaqnit rəqsləri generasiya edən avtorəqs sistemidir.
Avtorəqs sistemlərində yaranan sönməyən rəqslərin parametrləri (amplitudu, tezliyi və s.) xarici həyəcanlandırıcı təsirlə deyil, sistemin öz daxili xarakteristikaları ilə təyin olunur. Harmonik (sinusoidal, yaxud kosinusoidal) rəqslər hasil edən generatorları harmonik rəqs generatorları adlandırırlar.
Harmonik rəqs generatorlarını həyəcanlanma üsuluna görə öz-özünə həyəcanlanan (avtogenerator), xarici təsirlə həyəcanlanan və parametrik həyəcanlanan kimi üç əsas qrupa ayırmaq olar. Avtogeneratorlarda rəqsləri generasiya etmək üçün müsbət əks-rabitədən və ya mənfi müqavimətli VAX-a malik qeyri-xətti elementlərdən istifadə edilir. Asılı olmayan xarici təsirlə həyəcanlanan generatorlar isə girişlərinə avtogeneratordan siqnal daxil edilən yüksəktezlikli güc gücləndiricilərindən ibarətdir. Rəqsləri parametrik həyəcanlandıran generatorlara misal olaraq parametrik və kvant generatorlarını göstərmək olar.
Generasiya olunan rəqslərin tezlik diapazonlarına görə fərqlənən aşağıtezlikli, yüksəktezlikli və ifrat yüksəktezlikli generatorların işçi tezlik diapazonları uyğun olaraq 0,01-100 kHs, 0,1-100 MHs və 100 MHs-dən yuxarı qəbul olunmuşdur.
Generasiya olunan rəqslərin formasına görə generatorlar sinusoidal və
qeyri-sinusoidal rəqs generatorlarına ayrılır.
Avtogeneratora daxil edilmiş sabit cərəyan mənbəyinin enerjisi hesabına harmonik elektrik rəqslərin yaranması mexanizmini nəzərdən keçirək. Aydındır ki, sönməyən rəqslər enerjisi itkisi olmayan rəqs sistemlərində mövcud ola bilər. Lakin praktiki olaraq itkisiz rəqs sistemi yaratmaq mümkün olmadığından, sönməyən rəqslər almaq üçün bu itkiləri kompensasiya etmək zərurəti yaranır.
Əvvəlki fəsillərdə qeyd olunduğu kimi müsbət əks əlaqəyə malik istənilən gücləndirici öz-özünə həyəcanlana bilər və
1 K
düsturundan göründüyü kimi,
K 1 (4.2)
şərti ödənildikdə Kβ olur və gücləndirici avtogeneratora çevrilir. (4.2) şərti avtogeneratorun öz-özünə həyəcanlanması, yaxud sönməyən elektromaqnit rəqslərin generasiyası şərti adlanır. Bu şərt onu göstərir ki, gücləndiricinin girişindəki sonsuz kiçik amplitudlu siqnal onun çıxışında sonlu amplitudlu rəqslər yarada bilər.
Gücləndiricinin girişində elektrik fluktuasiyaları nəticəsində həmişə çox kiçik amplitudalı rəqslər mövcud olur. Ona görə də, (4.2) şərti ödənildikdə gücləndiricinin girişinə siqnal verilmədikdə belə o, sonlu amplituda malik elektrik rəqs mənbəyinə çevrilir.
Yuxarıda qeyd olunanlara uyğun olaraq avtogeneratorun struktur sxemini şəkil 4.1,a-da göstərildiyi kimi təsvir etmək olar.
Praktikada avtogenerator əsasən müsbət əks əlaqəyə malik rezonans gücləndirici əsasında yaradılır. Şəkil 4.1,b-də tranzistorlu avtogeneratorun sadələşdirilmiş sxemi göstərilmişdir. (4.2) tənliyinə daxil olan Κ və β kompleks kəmiyyətlər olduğundan
KejK j 1
(4.3)
yaza bilərik. Burada K və β - uyğun olaraq gücləndirmə və əks əlaqə əmsallarının modulunu, k və isə uyğun olaraq gücləndirici və əks əlaqə dövrələrində giriş və çıxış gərginlikləri arasında faza sürüşməsini göstərir. (4.3) bərabərliyini rəqsin amplitud və fazası üçün ayrılıqda yazmaq olar:
βΚ = 1 (4.4)
Bu tənlik amplitud balansı şərti adlanır.
(4.5)
Bu isə faza balansı şərtidir. Faza balansı şərtinin ödənilməsi sxemdə müsbət əks əlaqə olduğunu göstərir. Bu halda siqnal avtogeneratorun qapalı sistem boyunca tam bir dövr etdikdə faza sürüşmələrinin ümumi cəmi 0, 2 və s. olur. Faza balansı şərti ödənildikdə əks əlaqə dövrəsinin çıxış gərginliyinin fazası, gücləndiricinin girişinə verilən gərginliyin fazası ilə üst-üstə düşür. Lakin bu gərginliyin fazası gücləndiricinin çıxış gərginliyi ilə əks fazada olur. Gücləndirici və müsbət əks əlaqə dövrələrində reaktiv müqavimətlərin (induktiv və tutum müqavimətlərinin) olması hesabına k və β tezlikdən asılı olur. Ona görə də (4.5) şərti tezliyin müəyyən qiymətində ödənilir. Bu tezlik, avtogeneratorun generasiya etdiyi qərarlaşmış rəqslərin tezliyinə uyğundur.
Amplitud balansı şərti isə ona uyğundur ki, avtogeneratorda enerji
itkisi müsbət əks rabitə dövrəsi vasitəsilə sabit cərəyan mənbəyinin enerjisi hesabına kompensasiya edilir.
Avtogeneratorda elektrik rəqslərinin generasiya prosesini qapalı dövrə boyunca gücləndiricidə artan, əks əlaqə dövrəsində isə azalan harmonik siqnalın hərəkəti kimi təsvir etmək olar. Belə qapalı sistemdə siqnal hər bir qapalı
dövrdən sonra əvvəlki faza ilə, lakin böyük amplitudla yenidən gücləndiricinin girişinə daxil olur və proses bu cür təkrarlanır. Beləliklə, generatorun çıxışında rəqslərin amplitudu tədricən artır, yəni βK>1 olur. Lakin gücləndiricidə giriş gərginliyinin amplitudunun artması ilə yanaşı, onun amplitud xarakteristikasının qeyri-xətti olması ilə əlaqədar olaraq gücləndirmə əmsalının artması dayanır və müəyyən müddətdən sonra K =1 olur.
b)
Şək.4.1. Avtogeneratorun struktur sxemi a) və tranzistorlu avtogeneratorun sadələşdirilmiş sxemi
Bunun nəticəsində sabit amplitudlu rəqslər yaranır ki, bu da avtogeneratorun qərarlaşmış rejiminə uyğundur (şəkil 4.2,a). Avtogeneratorda istifadə olunan gücləndirici elementlərin (tranzistor və ya elektron lampalarının) Uç=f (Ug) – amplitud xarakteristikaları bu elementlərin xassələrindən və onların giriş və ya tor xarakteristikalarının üzərində işçi nöqtənin vəziyyətinin seçilməsindən əhəmiyyətli dərəcədə asılıdır. Məsələn, bipolyar tranzistoru ib=ib(Ueb) giriş xarakteristikasının üzərində işçi nöqtənin seçilməsindən asılı olaraq onun amplitud xarakteristikası bu və ya digər şəkildə ola bilər.
Əgər işçi nöqtə xarakteristikanın kvadratik hissəsinin ortasında seçilmişsə (şəkil 4.2,b - də B nöqtəsi), onda giriş gərginliyi amplitudunun kiçik qiymətlərində (Umgdoy/2, burada Udoy-kollektor cərəyanının doyma qiymətinə uyğun olan gərginlikdir) kollektor cərəyanı və bu cərəyana uyğun çıxış gərginliyi giriş siqnalının amplitudu artdıqca müntəzəm olaraq artır. Umg> Udoy
/2 qiymətində isə kollektor cərəyanı amplitudunun artması ləngiyir və nəhayət, giriş gərginliyinin kifayət qədər böyük qiymətlərində bu artım tamamilə kəsilir. Baxılan hala uyğun amplitud xarakteristikası şəkil 4.3, a-da verilmişdir.
b)
Şəkil 4.2. Avtogeneratorda sönməyən elektromaqnit rəqslərin qərarlaşması (a) və onun aktiv elementində - bipolyar tranzistorda kollektor cərəyanının emitter baza gərginliyindən asılılığı.
İşçi nöqtə xarakteristikanın başlanğıcında götürüldükdə isə amplitud xarakteristikası başqa şəklə düşür (şək.4.3,b).
b)
Şəkil 4.3. Avtogeneratorun yumşaq (a) və sərt (b) həyəcanlanma rejimləri.
Göründüyü kimi, ik=ik(Ueb) xarakteristikasında işçi nöqtənin vəziyyətindən asılı olaraq Umç=f(Umg) amplitud xarakteristikası müxtəlif şəklə malik olur. Əsas fərq giriş gərginliyi amplitudunun kiçik qiymətləri oblastındadır; birinci halda (şəkil 4.3,a) Umçıx gərginliyi Umgir gərginliyindən asılı olaraq müntəzəm artır və amplitud xarakteristikası sabit meylə malik olur; ikinci halda isə (şəkil 4.3,b) giriş gərginliyinin kiçik qiymətlərində Umçıx gərginliyi Umgir - dən çox zəif asılı olub, Umgir-in sonrakı artmasında Umçıx tədricən artır.
İşçi nöqtə xarakteristikanın kvadratik hissənin ortasında seçildikdə (sürüşdürücü gərginlik Es=Udoy/2 olduqda ) K=f(Umg)- gücləndirmə əmsalının giriş gərginliyi amplitudundan asılılığı şəkil 4.3,a - da göstərildiyi kimi olur. β- əks əlaqə əmsalı giriş gərginliyinin amplitudundan asılı deyil. Bunu sxemi şəkil
4.1,b-də verilmiş tranzistorlu avtogeneratorun elementləri əsasında göstərmək olar. Əks əlaqə dövrəsi üçün:
(4.6)
(4.7)
burada M, induktivlikləri L və Lr olan sarğacların qarşılıqlı induksiya əmsalı,İ1
isə L sarğacından keçən cərəyandır. Digər tərəfdən is
İ Um,çıı
1 jL
, onda
|