3.3.     Стационарный режим автогенератора

После самовозбуждения автогенератора колебания на его выходе с течением времени быстро возрастают. Как только амплитуда этих ко­лебаний превысит 0,1 В из-за нелинейности ВАХ диодов или транзи­сторов рост амплитуды колебаний в автогенераторе вначале замедляется, а затем, как показывает практика, прекращается. Наступает стационарный (установившийся) режим работы автогенератора. В этом случае автогенератор будет преобразовывать в энергию колеба­ний максимально возможную часть энергии источника питания.

Уста­новившийся режим – основной режим работы автогенератора. В ста­ционарном режиме автогенератор характеризуется двумя основными параметрами: частотой и амплитудой колебаний.

Уравнение стационарности ав­тогенератора:

= 1.                                                             (3.6)

Представляя все составляющие в формуле (3.6) в показательной форме:

,

из равенства для комплексных величин получим два равенства для вещественных величин:

уравнение баланса амплитуд:

Кb = 1,                                                             (3.7)

уравнение баланса фаз

j_ОС +j_К = 0 ± 2pn,                                                (3.8)

где n = 1, 2, …

Из уравнения баланса амплитуд (3.7) следует, что в стационарном состоянии автогенератора во сколько раз усилитель усилит амплитуду сигнала, во столько раз цепь обратной связи уменьшит эту амплитуду. При самовозбуждении произведение Кb >> 1 из-за большого коэффициента усиления усилителя. При воз­растании амплитуды колебаний транзисторы усилителя входят в не­линейный режим работы. В течение некоторой части периода в этом режиме транзистор практически закрыт и не усиливает сигнал. Поэтому с ростом амплитуды колебаний в автогенераторе коэффициент усиления усилителя при U_УС > 0,1 В уменьшается (рис. 3.9).

Коэффициент передачи цепи обратной связи от амплитуды коле­баний, как правило, не зависит, так как эта цепь выполняется с ис­пользованием пассивных элементов: резис­торов, катушек и конденса­торов. При прямой обратной связи (рис. 3.9), соответствующей постоянной величине 1/b точка А определяет баланс амплитуд. В этой точке имеем Кb = 1. Амплитуда колебаний U_CT на входе усилители, соответствующая этой точке, равна стационарной установившейся амплитуде колебаний на входе автогенератора.

Из анализа уравнения баланса фаз (см. 3.8) следует, что в автогенераторе устанавливаются такие колебания, у которых фазовый сдвиг, внесенный усилителем, компенсируется фазовым сдвигом, внесенным цепью обратной связи.

Для генерации последовательности прямоугольных импульсов используется автоколебательный мультивибратор (рис. 3.10). Мультивибратор состоит из двух одинаковых каска­дов – усилителей с общим эмиттером. Сигналы с коллекторов этих каскадов через разделительные конденсаторы С₁ и С₂  поступают на базы транзисторов.

Сигнал с выхода каждого из каскадов усиливается в другом каска­де и снова поступает на вход первого каскада, т.е. каждый каскад явля­ется для другого цепью обратной связи. Так как усилитель с общим эмиттером изменяет фазу усиливаемого сигнала на 180°, то с учетом того, что в цепи ОС (таком же усилителе) фаза тоже изменяется на 180°, получим нулевой результирующий фазовый сдвиг.

Такой баланс фаз осуществляется в широком диапазоне частот, равном примерно полосе пропускания резистивного усилителя. Боль­шое число генерируемых гармоник в сумме образуют периодическую последовательность импульсов, и в этом случае удобно анализ работы мультивибратора проводить во временной области (рис. 3.11).

Предположим, что в начальный момент времени транзистор V1 в схеме мультивибратора (рис. 3.11) открыт, а транзистор V2 – закрыт. Конденсатор С₁ начинает заряжаться через резистор R₂. Напряжение на базе  второго транзистора V2 будет возрастать. Когда оно достигает напряжения отпирания транзистора, в схеме происходит лавинообразное изменение состояний транзисторов: транзистор V2 открывается, транзистор V1 закрывается, так как к базе V1 будет приложено закрывающее напряжение,