D Z(UJ,A)- Oszcillátorok stabilitása $-J^)-«-H *(- + Í64

Hasonló dokumentumok
Elektronika alapjai. Témakörök 11. évfolyam

Jelgenerátorok ELEKTRONIKA_2

2.Előadás ( ) Munkapont és kivezérelhetőség

Márkus Zsolt Tulajdonságok, jelleggörbék, stb BMF -

Villamosságtan szigorlati tételek

Elektronika Oszcillátorok

A jelbevezetéssel vezérelt diódás oszcillátor

Wien-hidas oszcillátor mérése (I. szint)

Oszcillátor tervezés kétkapu leírófüggvényekkel

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

ALAPFOGALMIKÉRDÉSEK VILLAMOSSÁGTANBÓL 1. EGYENÁRAM

1. Egy lineáris hálózatot mikor nevezhetünk rezisztív hálózatnak és mikor dinamikus hálózatnak?

10.1. ANALÓG JELEK ILLESZTÉSE DIGITÁLIS ESZKÖZÖKHÖZ

Elektronika 11. évfolyam

1. ábra A Wien-hidas mérőpanel kapcsolási rajza

Számítógépvezérelt irányítás és szabályozás elmélete (Bevezetés a rendszer- és irányításelméletbe, Computer Controlled Systems) 7.

Hálózatok számítása egyenáramú és szinuszos gerjesztések esetén. Egyenáramú hálózatok vizsgálata Szinuszos áramú hálózatok vizsgálata

Műveleti erősítők. 1. Felépítése. a. Rajzjele. b. Belső felépítés (tömbvázlat) c. Differenciálerősítő

Koincidencia áramkörök

Foglalkozási napló a 20 /20. tanévre

Logaritmikus erősítő tanulmányozása

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK II. 5. DC MOTOROK SZABÁLYOZÁS FORDULATSZÁM- SZABÁLYOZÁS

2. Laboratóriumi gyakorlat A TERMISZTOR. 1. A gyakorlat célja. 2. Elméleti bevezető

1. ábra A Meißner-oszcillátor mérőpanel kapcsolási rajza

Feszültségérzékelők a méréstechnikában

1. Fejezet. Visszacsatolt erősítők. Elektronika 2 (BMEVIMIA027)

1. ábra A visszacsatolt erősítők elvi rajza. Az 1. ábrán látható elvi rajz alapján a kövezkező összefüggések adódnak:

Négyszög - Háromszög Oszcillátor Mérése Mérési Útmutató

ELLENŐRZŐ KÉRDÉSEK. Váltakozóáramú hálózatok

ELEKTRONIKA I. (KAUEL11OLK)

Segédlet a gyakorlati tananyaghoz GEVAU141B, GEVAU188B c. tantárgyakból

Zárt mágneskörű induktív átalakítók

Az erősítés frekvenciafüggése: határfrekvenciák meghatározása ELEKTRONIKA_2

25/1. Stacionárius és tranziens megoldás. Kezdeti és végérték tétel.

Tranziens jelenségek rövid összefoglalás

Á Á ő ő ó ő ő ű ó ü ü ó ü ó Ü ú ú ó ó ő ú ő ó ő ő ó ű ó ú ú ő ő ü ő ú ó ú ű ó ő ő ó ű ó Í ú ú Ü ú Ü ó ó ü ű ó ó ő ű ó ő ő ó ű ú ú ő ő ü ő ú ű ó ó ú ű

1. Milyen módszerrel ábrázolhatók a váltakozó mennyiségek, és melyiknek mi az előnye?

ÁGAZATI SZAKMAI ÉRETTSÉGI VIZSGA VILLAMOSIPAR ÉS ELEKTRONIKA ISMERETEK EMELT SZINTŰ SZÓBELI VIZSGA MINTAFELADATOK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK

ANALÓG ÉS DIGITÁLIS TECHNIKA I

Mechanika I-II. Példatár

1. ábra a három RC-tagból felépített fázistoló

4. Konzultáció: Periodikus jelek soros RC és RL tagokon, komplex ellenállás Részlet (nagyon béta)

Nemlineáris erősítők stabilitása 3

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Elektromechanika. 6. mérés. Teljesítményelektronika

Ideális műveleti erősítő

Elektronika I. Gyakorló feladatok

á ö á Ö á á ő ü á á ö á ó ő ő ö á ö á á á ö á ö á ő í á ű ő ü á ö á ő á á á á ó ó Ó ö ö á ő á ő ö á á ö á ő á ő ö á á á á á á ű ő ö á áá ü ő á Ó á í ü

Dr. Gyurcsek István. Példafeladatok. Helygörbék Bode-diagramok HELYGÖRBÉK, BODE-DIAGRAMOK DR. GYURCSEK ISTVÁN

A fázismoduláció és frekvenciamoduláció közötti különbség

Mechatronika alapjai órai jegyzet

VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ KÖRÖK

Bevezetés a méréstechnikába és jelfeldolgozásba. Tihanyi Attila április 17.

Irányítástechnika 2. előadás

1. ábra a függvénygenerátorok általános blokkvázlata

A 2013/2014. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA FELADATOK. Különösen viselkedő oszcillátor vizsgálata

Méréstechnika. Rezgésmérés. Készítette: Ángyán Béla. Iszak Gábor. Seidl Áron. Veszprém. [Ide írhatja a szöveget] oldal 1

Mérés és adatgyűjtés

Analóg elektronika - laboratóriumi gyakorlatok

Számítási feladatok a 6. fejezethez

Teljesítményerősítők ELEKTRONIKA_2

First Prev Next Last Go Back Full Screen Close Quit

ELMÉLETI ÉS MÉRÉSI ALAPISMERETEK

Milyen elvi mérési és számítási módszerrel lehet a Thevenin helyettesítő kép elemeit meghatározni?

Elektromechanikai rendszerek szimulációja

3. Fékezett ingamozgás

Mûveleti erõsítõk I.

Orvosi jelfeldolgozás. Információ. Információtartalom. Jelek osztályozása De, mi az a jel?

ELEKTRONIKAI ALAPISMERETEK

Oszcillátorok. Párhuzamos rezgőkör L C Miért rezeg a rezgőkör?

Történeti Áttekintés

Tételek Elektrotechnika és elektronika I tantárgy szóbeli részéhez 1 1. AZ ELEKTROSZTATIKA ALAPJAI AZ ELEKTROMOS TÖLTÉS FOGALMA 8 1.

Reakciókinetika és katalízis

1. Visszacsatolás nélküli kapcsolások

EGYFÁZISÚ VÁLTAKOZÓ ÁRAM

Elektrotechnika- Villamosságtan

Átmeneti jelenségek egyenergiatárolós áramkörökben

5. MÉRÉS LC OSZCILLÁTOROK VIZSGÁLATA

Hálózati egyenirányítók, feszültségsokszorozók Egyenirányító kapcsolások

N É G Y P Ó L U S O K

Négyzetes detektor és frekvencia kétszerező fca 795 szorzó áramkörrel

2. REZGÉSEK Harmonikus rezgések: 2.2. Csillapított rezgések

x 2 e x dx c) (3x 2 2x)e 2x dx x sin x dx f) x cosxdx (1 x 2 )(sin 2x 2 cos 3x) dx e 2x cos x dx k) e x sin x cosxdx x ln x dx n) (2x + 1) ln 2 x dx

Uef UAF ábra (2.1) A gyakorlatban fennálló nagyságrendi viszonyokat (r,rh igen kicsi, Rbe igen nagy) figyelembe véve azt kapjuk, hogy.

BIOMATEMATIKA ELŐADÁS

í ü ü ű ö ö ü ó ö ö ú ú ö ó ü í ó ó ó ü ó ü ö ö ú ó ö ö ű ö ö í í ű ó ó ö ö ö í í ö ó ó í ö ó ü ü ó ü ú ó ö ú ü ü ü ü ü ü ó ó ü ü í ó ö ö ó ü ó ó ó ö

Szinkronizmusból való kiesés elleni védelmi funkció

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

1. ábra 1 (C 2 X C 3 ) C 1 ( R 1 + R 2 ) R 3. 2 π R C

1 kérdés. Személyes kezdőlap Villamos Gelencsér Géza Simonyi teszt május 13. szombat Teszt feladatok 2017 Előzetes megtekintés

Elektronika Előadás. Analóg és kapcsoló-üzemű tápegységek

Differenciálegyenletek. Vajda István március 4.

Mikrohullámú reciprok és reaktáns két kapus passzív szerkezet grafikus mátrixanalízise

Versenyző kódja: 31 15/2008. (VIII. 13) SZMM rendelet MAGYAR KERESKEDELMI ÉS IPARKAMARA. Országos Szakmai Tanulmányi Verseny

DINAMIKAI VIZSGÁLAT ÁLLAPOTTÉRBEN Dr. Aradi Petra, Dr. Niedermayer Péter: Rendszertechnika segédlet 1

Forogj! Az [ 1 ] munkában találtunk egy feladatot, ami beindította a HD - készítési folyamatokat. Eredményei alább olvashatók. 1.

Attól függően, hogy a tranzisztor munkapontját melyik karakterisztika szakaszon helyezzük el, működése kétféle lehet: lineáris és nemlineáris.

DIFFERENCIÁLEGYENLETEK. BSc. Matematika II. BGRMA2HNND, BGRMA2HNNC

ÁRAMKÖRÖK SZIMULÁCIÓJA

Szimmetrikus bemenetű erősítők működésének tanulmányozása, áramköri paramétereinek vizsgálata.

Átírás:

P A P L Á S Z L Ó - N E M E S MIHÁLY Budapesti Műszaki Egyetem Híradástechnikai Elektronika Intézet Oszcillátorok stabilitása BTO B2-503.é:621.373:621.3fS.13 A grafikus vagy numerikus matematikai módszerek [1] az autonóm oszcillációra képes rendszerek leírására csak akkor alkalmasak, ha a rendszer paraméterei és adatai pontosan ismertek. Ez az oka annak, hogy az oszcillátorok klasszikus elmélete [1] egész sor olyan közelítő eljárást alkalmaz (pl. perturbációs módszer, átlagolási módszer, harmonikus egyensúly elve stb.), mely a mennyiségi adatokon kívül minőségi felvilágosítást is ad a rendszer működéséről. A közelítések akkor használhatók, ha a rendszer nemlinearitása, ill. annak hatása elegendően kicsi vagy ha az amplitúdószabályzást olyan lineáris elem végzi, melynek értékét külső elektromos jel értelemszerűen az amplitúdóval arányos jel vezérli, összefoglaló néven az ilyen rendszereket kvázilineáris rendszereknek szokás nevezni. A közelítő módszerek nagy előnye az, hogy a szabad és kényszerített rezgéseket lényegében azonos matematikai formalizmussal írják le. Korábbi munkák [2, 3, 4, 5, 6] megadták á negatív ellenállást tartalmazó kvázilineáris oszcillátorok amplitúdó- és frekvenciastabilitásának feltételeit, a kényszerített rezgés behúzási tartományát és a zaj hatását a kimenő jelre. Az elméleti megközelítéseket nagyfrekvenciás TRAPATT diódás oszcillátorokon végzett mérések eredményeivel igazolták [4]. Az említett publikációk a módosított átlagolási módszert alkalmazták. Jelen cikk célja a negatív ellenállást tartalmazó kvázilineáris rendszerekre érvényes elméleti apparátus [2] általánosítása tetszőleges szinuszos kvázilineáris oszcillátor esetére, különös tekintettel a frekvenciafüggő aktív elemekre és a bonyolultabb, esetleg több időállandós nem lineáris amplitúdószabályzó áramköri rendszerekre. 1. Az oszcillátorok helyettesítő képe és leíró egyenletei A negatív ellenállást tartalmazó kvázilineáris oszcillátorok általános soros helyettesítő képe [2] az 1. ábrán látható. R jx az aktív elem által képviselt impedancia, Z{co) a frekvenciameghatározó elem impedanciája, e(0 pedig a beinjektált jel vagy a zaj. A továbbiakban feltételezzük, hogy a rendszer eléggé szelektív, tehát az áram felírható,az i(t) = A cos (mi qr) (1) alakban, ahol A és q> lassan változó időfüggvények. [2] megadja az A-ra és qj-re vonatkozó differenciálegyenlet-rendszert azzal a feltételezéssel, hogy R=R(A) és X=X(A), (2) Beérkezett: 1975. V. 30. i(t) D Z(UJ,A)- --/?, ' \H381-PN1\ 1. ábra. A negatív ellenállást tartalmazó oszcillátorok soros' helyettesítő képe tehát az aktív elem mindig lineáris (leírható egy lineáris impedanciával), R és X minden késleltetés nélkül követik az áramamplitúdó változásait és frekvenciafüggetlenek. Ezenkívül felhasználja, hogy A és q> elsőnél magasabb rendű idő szerinti deriváltjait elhanyagolva tehát az idő szerinti deriválásnak a j da -vei való szorzás felel meg. Ez azt jelenti, hogy dí az impedancián eső feszültséget úgy kapjuk meg, hogy Z(co)-banco helyére jco---^j- j ~ ZI valós részét képezzük, ahol /=AeX", ' *'>. A és <p lassú változásai esetén, ha J_ da A dí j-t írunk és dy dí <scco, jogos az elsőrendű közelítés [2]: *(- $-J^)-«-H (4) «a> és (dr. dx\ (dy. 1 da^ [^1&)\I^A-W)> < 5) azaz az impedancia a munkapont körüli kis megváltozásokra jól leírható a Taylor-sor első két tagjával, így a (3), (4) és (5) egyenletek felhasználásával, egy periódusra vett átlagolás után megkapjuk az amplitúdóra és a fázisra vonatkozó elsőrendű differenciál- Í64

PAP L. NEMES M.: OSZCILLÁTOROK STABILITÁSA egyenlet-rendszert: [R((o)-R(A)]^-[X(co) X(A)\^ dz 2 JL M 1 ídx _ dr..1 A dt = A[-d^ e ^ -^^\' < 6 > [JRH-RÍA)] ^[X(o>) X(ii)] tn.)-fiu..fl[ gj- 4[( dx * aholz=i?jx. dz dcp l\dr dx '] (7) dx ÖXl \dz* yáf [X(») X(o>. A)].f^g-] dm I dí Az e c (í) és e s (í) időfüggvények az e e 2 s(0=jr j e(t) sin (cot<p)dt, l-t B t 2 f c(0=y J e(0 cos(eoí <p)dí i-t a összefüggések alapján a beinjektált jel vagy zaj egy periódusra vett átlagértékei. T 0 az co körfrekvenciájú jel periódusideje. A (6), (7) differenciálegyenlet-rendszerből kiindulva [2] és [3] különböző módszerekkel meghatározza az oszcillátor stabilitási feltételét, a beinjektált jelre való behúzás lehetőségét, a behúzási tartományt és az oszcillátor zaját. A kísérletekkel és mérésekkel igazolt [4] eredmények alapján bonyolultabb (pl. több rezonanciájú) frékvenciameghatározó elemet tartalmazó oszcillátorkapcsolások is analizálhatók. 2. A frekvenciafüggő aktív elem esete Az 1. fejezet eredményei relatíve széles sávú negatív ellenállású aktív elemre vonatkoznak [2], tehát elhanyagolják R és X frekvenciafüggését. Ez a közelítés nem minden esetben elegendő pontosságú. Ezért a továbbiakban megvizsgáljuk az aktív elem frekvenciafüggésének hatását. Tételezzük fel, hogy f (8) (9) R = R(A, co) és X = X04, co), (10) ahol Z*=i?-Rj(XX). Állandó amplitúdójú autonóm rezgés [e(í) = 0] akkor jöhet létre, ha -^-=^-=0, azaz: dí dí J?(co 0 )-RH, A 0 )=0, % )! % A 0 )=0. (13) co 0 a rezgési körfrekvencia, A 0 pedig a rezgés amplitúdója. A [3]-ban alkalmazott variációszámítási módszert felhasználva, a rezgés stabilitásának féltétele [3]-mal ellentétben: dr dx da A, ">0- a 0 d(ú dr _ar -0. (14) BA to 0 doo m 0- A berezgési feltételt és a rezgés stabilitását grafikusan is szemléltetni lehet. A 2a ábrán felrajzoltuk Z(co) hely görbéjét és Z(co, A) = R jx hely görbéit (co függvényében A~ val paraméterezve és A függvényében co-val paraméterezve). Rezgés ott jöhet létre, ahol Z görbéi úgy metszik Z karakterisztikáját, hogy a metszésponthoz tartozó paraméterek (A és co) megegyeznek- A berezgés feltétele sok esetben analitikusan is könnyen elemezhető, a rezgés stabilitásának vizsgálatához azonban célszerű a rezgési munkapont körüli tartományt ImZ azaz az aktív elem impedanciája késleltetés nélkül követi az áramamplitúdó változásait és frekvenciafüggő. Kössük ki továbbá, hogy az R, X kétváltozós... v,.,,.. u..(d 2 X dm d 2 X függvények másodrendű deriváltjai!.'^2'^42"' X(CÚ 0 )- =-K(u> 01 _A )= -Z(coo'A) sí* - Udoi > to-j a t e l j e s v l z s g á l a t l t a r t o m á n y b a n elhanyagolhatók.. Ekkor á (3) és (5) közelítéseket felhasználva az amplitúdóra és fázisra vonatkozó differenciálegyenlet-rendszer az alábbi alakban írható fel: 2a ábra. P(CÚ 0 )-R((OO,AO) RO'RO, ReZ es Re(-Z) \H381-PN2a\ A rezgési munkapont grafikus meghatározása Z és Z helyzetgörbéi alapján 36$

HÍRADÁSTECHNIKA XXVI. ÉVF. 12. SZ. ImZ ésim(-2) Rezgési munka ReZ és Re(-Z) 2b ábra. A rezgési munkapont környezete a stabilitás vizsgálatához kinagyítani (ld. 2b ábra). AA és Aco elemi megváltozások esetén (14) a AB\(AX AXÁ ÁXjAR AB,\ n / i C. összefüggéssel közelíthető. Ha A A-t és Aco-t egyforma előjelűre választottuk: AR^AXAXj^AX^á^-AR). (16) Az ábrán felrajzolt esetben a rezgési munkapontban stabil oszcilláció nem jöhet létre. 3. Frekvenciafüggő amplitúdószabályzás Az előző fejezetekben feltételeztük, hogy az oszcillátor amplitúdószabályzó rendszere frekvenciafüggetlen, azaz az aktív elem paraméterei késleltetés nélkül követik az amplitúdó változásait. A valóságos oszcillátorok esetében ez a feltételezés nem mindig, tehető meg, így a továbbiakban megvizsgáljuk, hogy milyen hatása van a stabilitásra annak, hogy az amplitúdószabályzás egy frekvenciafüggő hálózaton keresztül történik, azaz (az amplitúdó megváltozását A 0 -hoz képest 8A-val jelölve): *ÍT dőr d"ör d/ - dőx ő x ö i "dr -- d n ŐX dí n = 8 A XA D di R 9 A> (17) ZAÖ* (18) = 8AdA A0 Ez az eset akkor áll elő, ha az amplitúdót például egyenirányítással vagy hőmérsékletfüggő elem alkalmazásával szabályozzuk. Autonóm rendszerben [e(/) = 0] az amplitúdó kis megváltozásaira [öa(t)] vonatkozó differenciálegyenlet (11), (17) és (18) felhasználásával a következő lesz: * 1} dx u dx\ da\ í I 4 0 [díul^ dz*'~ 1 \ába d 2 ŐA ŐA \ UJJ A L [ dí ~ a í dt 2, d^öa i n1 ÖA~l =0. (19) dt a1 \ Feltételezve, hogy A 0 mellett 8A(t)\ max elhanyagolható, (19)-ből lineáris, állandó együtthatójú n l-ed rendű differenciálegyenletet kapunk. Ezen differenciálegyenlet stabilitásvizsgálatát elvégezhetjük az ismert módszerekkel [7]. Az eddigiekben az oszcillátor soros helyettesítő képét használtuk. Ha a párhuzamos helyettesítő kép segítségével (ld. 3. ábra) írjuk le az jiramkört és feltesszük, hogy az aktív impedancia nem a körben folyó áram, hanem az aktív elemen eső feszültség függvénye, akkor az alábbi egyenletrendszer adja meg az állandó amplitúdójú autonóm rezgés feltételét [3]: [«0 = 0] (20) G(a> 0 )-G(to 0, U Q )=0, B(co 0 )B(co 0, t/ 0 )=0. (21) (22) E/ 0 a rezgés amplitúdója, co 0 a körfrekvenciája. Ha az ámplitúdószabályzás frekvenciafüggő hálózaton keresztül történik, tehát S77, dőg, d"őg Á dg s5-, dőb d n ŐB -ÖU du (23) (24) akkor az amplitúdó kis megváltozásaira vonatkozó differenciálegyenlet a következő lesz: í_dg [dfil 0B 1 dg \dőu dt "dg dw dí 2 -... d n 1 őt7 dt n1 =0, (25) ahol Y* = G-G](BB). Ha a szabályozó hálózat frekvenciafüggetlen, akkor a stabilitás feltétele (14)-gyel analóg módon: dg du db du í db u'\ ( dg _dg u 0 '{ w 0 (26) Látható, hogy a párhuzamos helyettesítő kép használata lényegében nem vezet új eredményekre. Bizonyos esetekben azonban csak ez a szemlélet használható, például az AT-típusú nemlinearitást képviselő 7(M y= - G jb Y= GjB 3. ábra. A negatív vezetést tartalmazó oszcillátorok párhuzamos helyettesítő képe 366

Az oszcillátor kimenő jele U Ideális átlagérték egyenirányító PAP L. NEMES M.: OSZCILLÁTOROK STABILITÁSA R T^RC C' Szabályzó feszültség U \H381-PNtt\ 4. ábra. Egy időállandós amplitúdóstabilizáló áramkör elvi vázlata eszközöknél vagy a módszer visszacsatolt rendszerekre való általánosításánál (ld. 5. fejezet). A továbbiakban a párhuzamos helyettesítő képet és a feszültséggel vezérelt aktív eszközmodellt használjuk. A frekvenciafüggő amplitúdószabályzásra példaként vizsgáljuk meg a legegyszerűbb esetet, amikor a szabályozókör egy időállandóval leírható, azaz dg ŐG(p)-- 'du ŐB(p) = &B du ÖU(P), 3C/(P) (27) (28) A rendszer modellje a 4. ábrán látható. A du-ra vonatkozó differenciálegyenlet (25) alapján a dy* 1 (ddu d*du\ n / 0 vöu 0. ü 0 {-ér Tí^r alakra hozható, ahol v a (26)-ban adott. A stabilitás feltétele azonos a T X = 0 esettel, azaz t»0. (30) A (29) egyenletet átrendezve egyszerű másodrendű differenciálegyenletet kapunk: ahol co, = co, dt U 0 v, Y CÚÍ dw dí 2 = 0. (29) (31) (32) 4. Nemlineáris amplitúdószabályzás Az amplitúdószabályzó rendszer gyakran nemlineáris elemeket is tartalmaz. A legismertebb és legáltalánosabb példa erre a soros diódás csúcsegyenirányító (ld. 5. ábra). Stacioner állapotban a rezgés amplitúdója U 0. Ekkor a csúcsdetektor kimenetén U szo feszültség mérhető. Első lépésben tételezzük fel, hogy a dióda ideális, azaz a nyitóirányú ellenállása zérus (tehát a nyitóirányú időállandó is zérus). Kezdjük akkor a vizsgálatot, amikor hirtelen ismeretlen forrású külső zavaró jel hatására a rendszer állapota megváltozik. Két esetet kell megkülönböztetni: először, amikor az amplitúdó, másodszor, amikor a szabályzófeszültség változik meg. Ha az amplitúdó megnő vagy a szabályzófeszültség lecsökken, akkor a szabályzás működni kezd és az amplitúdó visszatér eredeti értékére. Ha azonban az amplitúdó lecsökken olyan sebességgel, amelyet az í?c-tag feszültsége már nem tud követni, akkor a dióda lezár, a szabályzási kör megszakad. Ezután a szabályzó feszültség a nyugalmi U szo értékéről r időállandóval exponenciálisan csökkenni kezd. t/ sz < U szo esetén a negatív vezetés nagyobb a pozitívnál, ezért az amplitúdó elkezd növekedni, mindaddig, míg a szabályzókör be nem záródik és véglegesen helyre nem állítja a stacionárius állapotot. Annál gyorsabban lejátszódik ez a folyamat, minél kisebb az fíc-tag időállandója és minél nagyobb a G U sz karakterisztika meredeksége. Nyilvánvalóan az a cél, hogy a létrejött zavar minél gyorsabban megszűnjön, ehhez pedig szükséges, hogy x a lehető legkisebb és a szabályzás meredeksége a lehető legnagyobb legyen. Ha őt/ 0 -val lecsökkentjük az amplitúdót és magára hagyjuk a rendszert, akkor a szabályzókör záródá: sáig az alábbi egyenletrendszer írja le a folyamatot- U = (U 0-8U 0 ) Tudjuk, hogy a (31) típusú differenciálegyenlet megoldása (36) du(t)\ t= d 8 U - 0 = ÖU 0 és = bu 0 %co í ^ z az egyenletrendszer akkor érvényes, ha U< U s. dí t=-o és U 0 = t/,_ kezdeti feltételekkel: Más a helyzet, ha a szabályzókör U sz ugrásszerű du(t)=öu 0 e-*"i' coskvt^l^) (33) növekedése miatt szakad meg. Ekkor a negatív vezetés kisebb a pozitívnál, az amplitúdó csökkenni alakú, feltéve, hogy <1. kezd és mindaddig csökken, amíg U sz el nem éri nyugalmi A szabályzás célja, hogy a zavarok és zajok által U szo értékét, ettől kezdve a fentebb leírt folyamat játszódik le, azaz a (35) és (36) kifejezés érvényes létrehozott őa 0 kezdeti amplitúdóeltérést a rendszer a lehető leggyorsabban visszaszabályozza, tehát hogy megfelelő kezdeti feltétellel. fc»i- 1 : 2~r7 (34) a lehető legnagyobb, azaz r x a lehető legkisebb legyen. Ha \/x l már a munkaponti rezgés körfrekvenciájának nagyságrendjébe esik, akkor a szabályzás többé nem az amplitúdót, hanem a jel pillanatértékét Jköveti, így a kimenő jelben torzítások keletkeznek. Ez a jelenség megszabja T x alsó korlátját. Az oszcillátor kimenőjele U exp vu 0 t dy* T-K 3. ábra. A csúcsegyenirányító kapcsolása (35) Szabályzó feszültség 367

HÍRADÁSTECHNIKA XXVI. EVF. 12. SZ. A szabályzófeszültség ugrásszerű változása annál nagyobb amplitúdócsökkenést okoz, minél nagyobb az időállandó és minél meredekebb a szabályzás. Ez az amplitúdómegváltozás aztán, mint korábban lát* tuk, annál gyorsabban helyreáll, minél kisebb a x értéke és minél meredekebb a szabályzás. Ha tehát növeljük a G U karakterisztika meredekségét, akkor egy adott szabályzófeszültség-ug*rás nagyobb amplitúdómegváltozást hoz létre, de az gyorsabban helyre is áll. r-t mindenképpen célszerű a lehető legkisebbre választani. A valóságos áramkörökben a dióda nyitóirányú ellenállása és az egyenirányítót meghajtó generátor belső ellenállása nem hanyagolhatók el. A jelenségek minőségi vizsgálatához a diódát a lineáris töréspontos modellel helyettesítjük és a bonyolult nyitóirányú nemlineáris tranzienseket egyetlen x x időállandójú lineáris áramkörrel közelítjük. Feltételezzük továbbá, hogy az egyenirányító stacioner állapotban U S20 = U 0 feszültséget állít elő. Ha 4U 0 v (37) ahol í x a nyitott dióda esetén fellépő időállandó, akkor a (32) összefüggés alapján a berezgés során nem jön létre lecsengő szinuszos túllövés. Ha a (37) nem teljesül, akkor 2t x időállandóval lecsengő szinuszfüggvény írja le U{f) U 0 körüli változását, feltéve, hogy a szabályzókör mindig zárva marad. Ha a túllövés elegendően nagy, akkor a maximális pillanatérték elérése után a rezgési amplitúdó idő szerinti deriváltjának értéke elérheti, sőt meghaladhatja az U sz maximális csökkenési sebességét, amit a r időállandó és az U aktuális értéke határoz meg. Ekkor a szabályzókör megszakad. Az amplitúdó mindaddig csökken, míg U S2 >~ U S20, majd növekedni kezd és végül a szabályzókör bezárul. Ismét létrejön egy túllövés és a jelenség mindaddig folytatódik, míg a túllövés elegendően kicsi nem lesz ahhoz, hogy a szabályzókör mindig zárva maradjon. Ezután a végállapot már 2x l időállandóval áll be. A tranziens időtartama a Tj időállandójú lineáris rendszer esetében mért beállási időnél lényegesen hosszabb lehet. A fizikai jelenségek vizsgálatából azt a következtetést lehet levonni, hogy amennyiben Tj-et nem tudjuk olyan kicsi értékben tartani, hogy a szabályzás megszakadása elkerülhető legyen, akkor érdemes a dióda soros ellenállását megnövelni annyira, hogy a szabályozókör a berezgés folyamán mindig zárva maradjon. A soros ellenállás növelésének az a hatása, hogy az U sz U-nák leosztott értéke lesz, tehát csak akkor záródik le a dióda, mikor U lecsökken a leosztott érték *lá olyan sebességgel, melyet nem tud követni. KOI) \H381-PNS) 6. ábra. Feszültségvezérelt feszültséggenerátort tartalmazó oszcillátor elvi vázlata. A frekvenciameghatározó elem a pozitív visszacsatolásban van nek a módszernek a klasszikus vizsgálati eljárásokkal szemben az az előnye, hogy a rezgés amplitúdó- és frekvenciafeltételét egyetlen közös lépésben vizsgálja, s így általánosabb stabilitási kritériumok lefektetését teszi lehetővé. A fejezetben a feszültségvezérelt feszültséggenerátort tartalmazó oszcillátorok két típusát vizsgáljuk meg, de a módszer bármilyen felépítésű visszacsatolt oszcillátorra alkalmazható. Első lépésben helyezzük az Y ls Y 2 frekvenciameghatározó elemeket a pozitív visszacsatoló ágba (ld. 6a ábra). A feszültséggel vezérelt feszültséggenerátor átviteli tényezője (K) frekvenciafüggetlen és függ a kimeneten mérhető U feszültségamplitúdótól. Az oszcillátor admittanciákat tartalmazó helyettesítő modelljében az erősítő elem hatását egy Y 2 /K(U) admittancia utánozza (ld. 6b ábra). Bevezetve ezután a (37) visszacsatolási tényezőt, a 7. ábrán mégadjuk a rendszer legegyszerűbb helyettesítő képét, melyben a berezgés feltétele: f^-iéü^ A (26) alapján a rezgés stabilitásának feltétele: 4 4 ] du d[im(/?)] to 0 (38) -0 (39) 5. A negatív vezetésre vonatkozó módszer kiterjesztése A negatív vezetést tartalmazó kvázilineáris oszcillátorok elméleti apparátusa az általános szinuszos RCés LC-oszcillátprok vizsgálatára is kiterjeszthető. En- 36a y 2 u 1. ábra. Ekvivalens átalakítások

PAP L.-^NEMES M.: OSZCILLÁTOROK STABILITÁSA azaz ÚK du u 0 d[lm0)] K*{U 0 ) (40) A berezgéshez szükséges, hogy K az U függvényében csökkenjen, tehát a (40) egyenlőtlenség egyszerűbb alakra hozható: ahol Mivel d[im(/q] i>0 ">0 l az erősítő fázistolása. ha ha Im(/?)= /? sin^ 9>K = (41) (42) és a stacioner rezgéshez tartozó fázisszög 0 vagy ± n (ld. (38)), azaz az erősítő fázistolása minden frekvencián 0 vagy ±jr, a visszacsatolási tényező co szerinti deriváltja a d[im(/?)] d(i/? ) sm< P/) (co 0 ) -14'i -4 3 ö-f= 1 y, ü 1 /? coscp,k)^ to 0 -\P\%L 1/31 h a *'= ha p,= ±» (43) alakban írható fel. Ha igaz, hogy (pp q> K = 0, akkor az ismert fázisfeltételhez jutunk: "0 (44) azaz a rezgés akkor stabil, ha a visszacsatolási tényező fázisa a frekvencia függvényében csökken a rezonanciafrekvencia környezetében. Vizsgáljuk meg ezután azt az esetet, amikor a frekvenciameghatározó elem a negatív visszacsatoló ágban található. Az áramkör és az ekvivalens átalakítások a 8a és 8b ábrán láthatók. Ahhoz, hogy a berezgés létrejöjjön, G 3 /G 4 -nek az U feszültségamplitúdó függvényében növekednie kell. A stacioner rezgés feltétele: ( 4 5 ) A rezgés stabilitásának feltételét korábbi eredmények ismeretében [ld. (40)] egyszerű meggondolásokkal lehet számolni. A 7. és 8b ábra utolsó átalakítása lényegében azonos áramköri struktúrához vezet azzal a különbséggel, hogy a negatív vezetésnek" (14- G 3 /G 4 ) a szint függvényében növekednie kell, így a stabilitás feltétele a (41), (42) és (43) alapján! (46) \H38t-PN3ÍH 8. ábra. Feszültségvezérelt feszültséggenerátort tartalmazdoszcillátor elvi vázlata, és az ekvivalens helyettesítő modellek. A frekvenciameghatározó elem a negatív visszacsatolásban van 6. Összefoglalás Cikkünk a kvázilineáris oszcillátorok egyszerű, könynyen kezelhető leírási módszerével foglalkozik. A korábban publikált eredményeket felhasználva általános berezgési és stabilitási feltételeket ad a frekvenciafüggő aktív kétpólust tartalmazó oszcillátorokra és megvizsgálja a különböző, lineáris és nem lineáris amplitúdószabályzó rendszerek hatását a stabilitásra és a berezgési franziensekre. Végül az eredmények általánosításával a leírási módszert kiterjeszti a viszszacsatolt erősítőket felhasználó oszcillátorokra is. A szerzők köszönetet mondanak Dr. Csibi Sándor intézeti igazgatónak és dr. Komarik József osztályvezetőnek a munka során nyújtott segítségért. IRODALOM [1] Minorsky, N.: Nonlinear Oscillations. C. van Nostrand, Princeton, 1962.. [2] Kurokawa, K.: Somé Basic Characteristics of Broadband Negatíve Resistance Oscillator Circüits. BSTJ, Vol. 48., No. 6., pp. 1937 1955, Aug. 1969. [3] Bíró, V. : Negatív ellenállást tartalmazó hálózatok stabilitása. Proc. of the 5. Coll. on Micvowave Communication, Vol. II., pp. 45 49, Budapest, 1974. [4] Kenyon, N. D.: A Lumped-Circuit Study of Basic Oscillator Behavior. BSTJ, Vol. 49., No. 2., pp. 305 308, Febr. 1970. [5] Jochen, P.: Equivalent circuit for injection-locked negatíve resistance oscillators. Electronic Letters, vol. 6., pp. 61 62, Febr. 1970. [6] Kurokawa, K.: Injection locking of microwave oscillators. Proc. of the IEEE, vol. 61., No. 10., pp. 1386 1410, Oct. 1973. [7] JR. Frank P. Mises: A mechanika és fizika differenciálás integrálegyenletei. Műszaki Könyvkiadó 1966. 36í*»