Жёсткий режим возбуждения

Если выбрать рабочую точку, так чтобы крутизна была меньше критической (см. рис. 7.2, точка B и 7.3, точка H), то генерация сама не возникнет. Более того, если, например, за счёт внешнего источника, вызвать колебания в контуре амплитуды меньшей U_ЗИ(G), то после выключения внешнего источника колебания затухнут, и колебаний в системе не будет. Как показано на рис. 7.3, будут две стационарные точки, в которых положительное сопротивление компенсируется вносимым отрицательным. Видно, что левая точка (G) будет неустойчивой. Действительно, при случайном увеличении амплитуды напряжения на конденсаторе увеличится и ток I_СИ, а, следовательно, увеличится подкачиваемая в контур энергия (увеличится отрицательное сопротивление). Это приведёт к ещё большему увеличению амплитуды напряжения на конденсаторе и т.д.

Важно, что при включении генератора (при нулевой начальной амплитуде) автоколебания не разовьются. И только если начальная амплитуда вынужденных колебаний превысит амплитуду U_ЗИ(G), то в системе установятся устойчивые колебания амплитуды U_ЗИ(F). Наоборот, правая стационарная точка (F) будет устойчивой.

Такой режим называют жёстким режимом.

Рис. 7.3. Пример зависимости средней крутизны (U_ЗИ), для жёсткого режима возбуждения автоколебаний.

Весьма наглядным оказывается описание процессов в автогенераторе с помощью фазовой плоскости, по осям которой мы отложим напряжение на конденсаторе и скорость изменения заряда, то есть нормированный ток .

Как известно, колебания осциллятора без потерь на фазовой плоскости соответствуют движению точки по окружности или эллипсу, горизонтальная полуось которого равна амплитуде колебаний. Затухающие колебания в свободном осцилляторе описываются сходящейся спиралью. Тогда стационарные автоколебания в контуре автогенератора будут соответствовать устойчивому движению по часовой стрелке вдоль окружности, радиус которой равен амплитуде q₀ стационарных колебаний. Причём, если первоначально амплитуда колебаний была больше или меньше стационарной, то со временем такие траектории будут все ближе приближаться к стационарной окружности. Эта окружность называется устойчивым предельным циклом. В случае мягкого режима предельный цикл один и он устойчивый, в случае жёсткого режима – предельных циклов два, один из которых неустойчивый, а другой – устойчивый. Сказанное иллюстрирует рис. 7.4.

МЯГКИЙ

РЕЖИМ