Основи електроніки (стр. 22 )

Через нелінійності характеристик транзистора амплітудна характеристика підсилювача також виявляється нелінійною, тобто з ростом рівня вихідного сигналу коефіцієнт посилення зменшується. Саме тому амплітуда коливань в контурі не може збільшуватися безмежно і обмежується на певному рівні, відповідних відповідному сталому режиму. З рис..2 видно, що після включення джерела живлення автоколивання виникають і розвиваються при впливі на вхід транзистора будь-якої, скільки завгодно малої, напруги, яка завжди виникає внаслідок флуктуаційних змін режиму роботи схеми.

6.2 Енергетичніпоказники транзисторного автогенератора типу LC

Автогенератор може працювати в різних режимах. Для характеристики режиму використовується коефіцієнт використання колекторної напруги Цей коефіцієнт дорівнює відношенню амплітуди змінної напруги на контурі до постійної напруги на колекторі:

Рис. 3

При ζ <1 встановлюється недонапружений режим роботи автогенератора. При ζ> 1, режим роботи називають перенапруженим. При генератор працює в так званому критичному режимі. Зазвичай використовується критичний режим роботи автогенератора. В цьому випадку автогенератор віддає необхідну корисну потужність при досить високому к. к. д. Форма струму в колекторному ланцюзі автогенератора залежить від режиму роботи. Якщо струм проходить протягом всього періоду напруги на вході, то коливання струму мають синусоїдальну форму і їх називають коливаннями першого роду. Цей режим (подібний режиму А в підсилювачах) характеризується малим к. к. д. і тому в автогенераторах використовується рідко. Більш вигідним є режим коливань другого роду з відсіченням колекторного струму (подібний режиму В в підсилювачах).

Відомо, що струм, що має форму імпульсів, можна розкласти в ряд Фур'є і представити у вигляді суми постійного струму, змінного струму тієї ж частоти, що і частота повторення імпульсів (перша гармоніка), змінного струму подвоєної частоти (друга гармоніка), а також змінних струмів вищих частот (вищі гармоніки). Важливо відзначити, що саме перша гармоніка струму створює на контурі автогенератора змінну напругу необхідної частоти, амплітуда якого визначається за формулою

Для струмів інших частот контур має малий опір і струми цих частот проходять через контур, не створюючи на ньому помітної напруги. Таким чином, незважаючи на те, що струм колектора має форму, відмінну від синусоїдальної, коливальна напруга на контурі виявляється синусоїдальною.

Амплітуду першої гармоніки, а також величину постійної складової імпульсного струму можна знайти з допомогою коефіцієнтів розкладання α1 і α0, що залежать від кута відсічки.

Між амплітудним значенням першої гармоніки струму . постійної складової І к. пост і максимальним значенням імпульсного струму І к тах існують такі співвідношення:

Для аналізу і розрахунку транзисторних генераторів допустимо користуватися ідеалізованими (прямими) характеристиками транзисторів

Рис. 4

Одним з основних параметрів транзистора, що працює в схемі генератора, є крутизна лінії критичного режиму Sкр. У деяких типів транзисторів Sкр досягає сотень міліампер на вольт і вище.

6.3 Різновиди схем транзисторних автогенераторів

Рис. 5

Окрім схеми з трансформаторним зв'язком, широке розповсюдження в електронній апаратурі отримали так звані трьохточкові схеми з автотрансформаторною (мал. 5, а)

Рис. 6

і ємнісним зв'язком(мал. 5, б). Режим по постійному струму і його термостабілізація здійснюються в приведених схемах так само, як і в схемі мал. 1. По змінному струму високої частоти контур приеднуеться до трьох електродів транзистора - емітера, бази, коллектора - трьома точками: Э, Б, К. У схемі, приведеній на мал. .5, а, відведення від відповідного витка контурної котушки підключене до емітера транзистора через малий внутрішній опір джерела живлення.

Напруга зворотного зв'язку (мал. 5, а) знімається з частини витків контурної котушки (L2) і через конденсатор С1 поступає на базу транзистора. Оскільки знаки миттєвих напруг на L1 і L2 відносно середньої точки протилежні, т. е. зрушені між собою по фазі на 180°, а підсилювальний каскад повертає фазу ще на 180°, то зворотній зв'язок буде позитивним, т. е. умова баланса фаз виконується. Аналогічно працює і схема, приведена на мал. .5, б, тільки тут напруга зворотнього зв'язку знімається з конденсатора С3.

Для збільшення вихідної потужності застосовуються двотактні схеми автогенераторів, які по суті представляют собою поєднання однотактних схем із загальним контуром, загальним живленням і іншими загальними елементами. Побудова такої схеми ілюструється мал. .6.

6.4 Автогенератори типу RC

Застосування генераторів з коливальними контурами (типу LC) для генерування коливань з частотами менше 15-20 кГц утруднене і незручне через громіздкість контурів. В даний час для цих цілей широко використовуються генератори типу RC, в яких замість коливального контуру застосовуються виборні RC - фільтри. Генератори типу RC можуть генерувати досить стабільні синусоїдальні коливання в порівняно широкому діапазоні частот від доль герца до сотень кілогерц. Крім того, вони мають малі габарити і масу. Найбільш повно переваги генераторів RC проявляються в області низьких частот. Структурна схема генератора синусоїдальних коливань типу RC наведена на (мал. 7. )

Рис. 7

Підсилювач будується по звичайній резистивній схемі. Для самозбудження підсилювача, тобто для перетворення першочергово виникших коливань в незгасаючі, необхідно на вхід підсилювача подавати частину вихідної напруги, що перевищує вхідну напругу або рівну з нею по величині і таку що збігається з нею по фазі, іншими словами, охопити підсилювач позитивним зворотним звязком достатньої глибини. При безпосередньому з’єднані виходу підсилювача з його входом відбувається самозбудження, однак форма генеруючих коливань буде різко відрізнятися від сінусоідальної, оскільки умови самозбудження будуть одночасно виконуватися для коливання багатьох частот. Для отримання синусоїдальних коливань необхідно, щоб ці умови виконувалися тільки на одній певній частоті і різко порушувались на всіх інших частотах. Це завдання вирішується за допомогою фазообертаючого ланцюжка, який має кілька ланок RC і служить для повороту фази вихідної напруги підсилювача на 180 °. Зміна фази залежить від числа ланок n і дорівнює

У зв'язку з тим що одна ланка RС змінює фазу на кут < 90 °, мінімальне число ланок фазообертаючого ланцюжка n = 3. В практичних схемах генераторів зазвичай використовують триланкові фазообертаючі ланцюжки.

На мал.8 зображені два варіанти таких ланцюжків, які отримали назву відповідно «R-паралель» і «С-паралель». Частота генерованих синусоїдальних коливань для цих схем при умові R1 = R2 = R3 = R і C1 = C2 = C3 = C розраховується за такими формулами:

 а) б)

Для забезпечення балансу амплітуд коефіцієнт посилення підсилювача повинен бути рівний загасанню, що вноситься фазообертаючим ланцюжком,

через яку напругу й виходу надходить на вхід підсилювача, або перевищуват

 

Рис. 8

 

Розрахунки показують, що для наведених схем загасання

Отже, схеми з використанням триланкових фазообертаючих ланцюжків, що мають однакові ланки, можуть генерувати синусоїдальні коливання з частотою f 0 лише в тому випадку, якщо коефіцієнт посилення підсилювача перевищує 29.

В фазообертаючому ланцюзі з однаковими ланками кожна наступна ланка надає шунтуючу дію на попередню. Для зменшення шунтуючої дії ланок і зниження згасання в фазообертаючому ланцюзі зворотного зв'язку можуть застосовуватися так звані прогресивні ланцюжки. В цьому випадку опір резистора кожного наступного ланцюга вибирається в т разів більший ніж опір попередньої ланки, а ємності наступних ланок у стільки ж разів зменшуються: