Основи електроніки (стр. 21 )

Вихідний опір стабілізатора з урахуванням внутрішнього опору Rи джерела напруги на вході

Коефіцієнт стабілізації схеми тим більший, а вихідний опір тим менший, чим більший коефіцієнт посилення підсилювача КТ2.

Величину КТ2 наближено можна знайти за формулою

де β2 - коефіцієнт посилення по струму транзистора VТ2 ,RВХ2 - вхідний опір транзистора VТ2.

Отже, для поліпшення роботи стабілізатора необхідно вибирати транзистор підсилювального каскаду з високим коефіцієнтом посилення β, а в ланцюг колектора цього транзистора включати високоомний резистор R1.

У більш складних схемах стабілізаторів застосовують, багатокаскадні підсилювачі постійного струму. Такі стабілізатори характеризуються високим коефіцієнтом стабілізації (до 1000) і низьким вихідним опором (до десятих долей ома). Напівпровідникові стабілізатори застосовуються для стабілізації низьких напруг, наприклад в блоках живлення приладів, зібраних на напівпровідникових мікросхемах.

ЛЕКЦІЯ 6

ГЕНЕРАТОРИ СИНУСОЇДАЛЬНИХ КОЛИВАНЬ

Електронний генератор - це пристрій, що перетворює електричну енергію джерела постійного струму в енергію незатухаючих електричних коливань необхідної форми, частоти і потужності.

За принципом роботи розрізняють генератори з самозбудженням (автогенератори) і генератори із зовнішнім збудженням, які по суті є підсилювачами потужності високої частоти. Електронні автогенератори підрозділяються на автогенератори синусоїдальних (гармонійних) коливань і автогенератори коливань несинусоїдальної форми, які прийнято називати релаксаційними(імпульсними) автогенераторами.

Будучи першоджерелом електричних коливань, генератори з самозбудженням широко використовуються в радіопередавальних і радіоприйомних пристроях, у вимірювальній апаратурі, в електронних обчислювальних машинах, в облаштуваннях телеметрії і т. д. Нижче наводиться ділення генераторів по діапазону генерованих частот.

Найбільш поширені схеми автогенераторів містять підсилюючий елемент і коливальну систему, пов'язані між собою ланцюгом позитивного зворотного зв'язку.

Тип генератора

Низькочастотні

Високочастотні

Надвисокочастотні

Раніше було показано, що будь-який підсилювач може бути перетворений на автогенератор, якщо його охопити позитивним зворотним зв'язком і забезпечити виконання умови . Для побудови автогенератора синусоїдальних коливань зазвичай використовуються два типи підсилювальних схем - резонансні підсилювачі і підсилювачі на резисторах. Автогенератори, виконані на основі схеми резонансного підсилювача, часто називають автогенераторами типу LC а автогенератори, побудовані на основі схеми підсилювача на резисторах, - автогенераторами типу RC Перші використовуються головним чином на високих частотах, другі - на низьких.

В якості підсилювальних елементів схем автогенераторів, використаних в облаштуванні електронної автоматики і обчислювальної техніки, найширше застосовуються транзистори і тунельні діоди.

6.1 Принцип роботи транзисторного автогенератора типу LC

Відомо багато різновидів схем транзисторних автогенераторів типу LC, але будь-яка з них повинна містити:

- коливальну систему (зазвичай коливальний контур), в якому збуджуються необхідні незгасаючі коливання;

- джерело електричної енергії, за рахунок якого в контурі підтримуються незгасаючі коливання;

- транзистор, за допомогою якого регулюється подача енергії від джерела в контур;

- елемент зворотного зв'язку, за допомогою якого здійснюється подача необхідної збудливої змінної напруги з вихідного ланцюга у вхідні.

Найпростіша схема транзисторного генератора типу LС показана на рис. 1. Така схема називається генератором з трансформаторним зв'язком і використовується зазвичай у діапазоні високих частот.

Елементи Rб, Rб, Rэ і Сэ призначені (так само, як і в підсилювачі) для забезпечення необхідного режиму по постійному струму і його термостабілізації. За допомогою конденсатора Сб, ємний опір якого на високій частоті, заземлюється один кінець базової обмотки.

Рис. 1

У момент включення джерела живлення в колекторному ланцюзі транзистора з'являється струм Ік, що заряджає конденсатор Ск коливального контуру. Так як до конденсатора підключена котушка Lk, то після заряду конденсатор починає розряджатися на котушку. В результаті обміну енергією між конденсатором і котушкою в контурі виникають вільні затихаючі коливання, частота яких визначається параметрами контуру і дорівнює

Змінний (коливальний) струм контура, проходячи через котушку Lk, створює навколо неї змінне магнітне поле. Внаслідок цього в котушці зворотного зв'язку Lб включеної в ланцюг бази транзистора, наводиться змінна напруга тієї ж частоти, з якою відбуваються коливання в контурі. Ця напруга викликає пульсацію струму колектора, в якому з'являється змінна складова.

Змінна складова колекторного струму заповнює втрати енергії в контурі, створюючи на ньому посилену транзистором змінену напругу. У свою чергу це призводить до нового наростання напруги на котушці зв'язку Lb, яке потягне за собою нове наростання амплітуди складової струму колектора і т. д.
Зрозуміло, наростання колекторного струму не відбувається безмежно - воно спостерігається лише в межах активної ділянки вихідної характеристики транзистора (на ділянці насичення, як відомо, струм колектора практично не змінюється). Що ж стосується амплітуди коливань в контурі, то її зростання обмежується опором втрат контуру, а також загасанням, внесеним в контур за рахунок протікання струму у базовій обмотці.
Незгасаючі коливання в контурі автогенератора встановляться лише при виконанні двох основних умов, які отримали назву умов самозбудження.

Першу з цих умов називають умовою балансу фаз. Сутність її зводиться до того, що в схемі повинна бути встановлений саме позитивний зворотній зв'язок між вихідним і вхідним ланцюгами транзистора. Тільки в цьому випадку створюються необхідні передумови для поповнення втрат енергії в контурі.
Оскільки резонансний опір паралельного контура носить чисто активний характер, то при впливі на базу сигналу з частотою, рівною частоті резонансу, напругу на колекторі буде зрушено по фазі на 180 ° (як для звичайного резистивного каскаду посилення). Напруга, що наводиться на базовій котушці за рахунок струму Ік, що протікає через контурну котушку LK,

де М - коефіцієнт взаємоіндукції між котушками.
Очевидно, необхідно так вибрати напрямок намотування базової котушки, щоб Тільки в цьому випадку загальний фазовий здвиг в ланцюзі підсилювач - зворотній зв'язок буде дорівнювати нулю: φк+φβ=0, тобто в схемі буде встановлений позитивний зворотний зв'язок.

Якщо ж Uб =+jώоМІк, то зворотний зв'язок виявиться негативним і коливання в контурі припиняться.

Виконання умови балансу фаз є необхідною, але недостатньою для самозбудження схеми. Друга умова самозбудження полягає в тому, що для існування автоколивального режиму ослаблення сигналу, що вноситься ланцюгом зворотного зв'язку, повинно компенсуватися підсилювачем. Іншими словами, глибина позитивного зворотного зв'язку повинна бути такою, щоб втрати енергії в контурі відшкодовувались повністю.

При наявності позитивного зворотного зв'язку відповідно до формули коефіцієнт посилення становить

де β - коефіцієнт передачі ланцюга зворотного зв'язку.

Для даної схеми коефіцієнт β, що складає, частину змінної напруги контуру подається на базу транзистора в сталому режимі роботи,

Де Iкm - амплітуда струму в контурі автогенератора.
Враховуючи, що підсилювач з позитивним зворотним зв'язком переходить в режим генерації при умові βK>>1, знайдемо значення коефіцієнта зворотного зв'язку, необхідного для самозбудження:

Коефіцієнт посилення схеми на резонансній частоті наближено можна вважати рівним

Тому

Умова самозбудження, виражена даною формулою, отримала назву умови балансу амплітуд.

Рис.2

Процес виникнення, наростання і встановлення коливального режиму транзисторного автогенератора (при виконанні умови балансу фаз і амплітуд) можна пояснити за допомогою так званої коливальної характеристики автогенератора, що представляє собою залежність Uвих =(f Uвх). На рис. 2 зображені амплітудна характеристика власне підсилювальної ланки К = Uвих/ Uвх.= (f Uвх) і пряма лінія, що виражає залежність коефіцієнта передачі ланцюга зворотного зв'язку від величини вхідної напруги β= Uвих/ Uвх.= (f Uвх) і характеризує послаблену дію ланцюга зворотного зв'язку.

Припустимо, що на вхід транзистора надходить напруга U вх1. Після посилення в К раз на виході підсилювача з'явиться напруга U Вих1. Ця напруга, послаблена в β раз, викличе появу на вході напруги U вх2, яка створить на виході нове напруження, і т. д. Процес триватиме до тих пір, поки величина вихідного сигналу не досягне свого сталого значення (точка А), при якому виконується умова βК= 1.