Полупроводниковые приборы Электропроводность полупроводников (стр. 10 )

Процессы возникновения колебаний в автогенераторе будут рассмотрены по отдельным схемам. Все автогенераторы по виду элементов, входящих в звенья обратной связи, подразделяются на LC – автогенераторы (высокочастотные) и RC - автогенераторы (низкочастотные).

Трехточечные автогенераторы

Существуют два вида трехточечных автогенераторов:

а) индуктивная трехточка;

б) емкостная трехточка.

Включение LC – контура  по трем точкам позволяет снимать сигнал обратной связи непосредственно с резонансного контура.

а) индуктивная трехточка  б) емкостная трехточка

Индуктивный трехточечный автогенератор (рис. а)

       Для создания колебательного контура, настроенного на резонанс, необходимо, чтобы реактивные проводимости противоположенных ветвей контура при идеальных конденсаторах и индуктивных катушках были равны

bL1,2 =bC

 

Для емкостного автогенератора данные условия сохраняются

bL =bC1,2

 

       Условие баланса фаз выполняется благодаря тому, что напряжение обратной связи Uос  и напряжение на усилителе Uк по отношению к шине Ес находятся в противофазе. Условие баланса амплитуд в заданной частоте создается регулированием значений индуктивностей L1, L2 или емкостей С1, С2.

Искажения синусоидальности колебаний может возникать при больших значениях коэффициента обратной связи β ( чем больше β, тем больше искажения), а также некачественности колебательного корпуса.

Чтобы избежать повышения β, в истоковую цепь включают переменный резистор Ru, изменением сопротивления которого добиваются оптимального значения коэффициента передачи звена отрицательной ОС.

       Изменение частоты автоколебаний осуществляется изменением емкости С колебательного контура (схема А), либо индуктивности L (схема Б) изменением числа витков или перемещения сердечника, что достаточно неудобно.

       

RC - автогенераторы

Применяются для получения гармонических колебаний низкой и инфронизкой частот. Здесь в качестве звеньев обратной связи используются RC - четырехполюсники.

       Преимущества: малые габаритные размеры, высокая стабильность.

       Недостатки: значительный коэффициент нелинейных искажений (4-5% и более).

Схема транзисторного RC – генератора с Г - образным фильтром.

Частота RC – генератора мало зависит от режима работы усилителя и связана только с фазовыми сдвигами вследствие изменения среднего внутреннего сопротивления и динамической емкости активного элемента. Стабильность генерируемой частоты определяется постоянством величин R и C цепи обратной связи.

       Для обеспечения правильного режима RC – генераторы следует загружать на большие внешние сопротивления. Следовательно, данные генераторы маломощны. Для получения значительной мощности используются 

  дополнительные усиления колебаний.

       RC – автогенератор с фазосдвигающей Г - образной RC – цепью на полевых транзисторах (однокаскадный)

Представляет однокаскадный усилитель, охваченный положительной ОС. Здесь без ОС входное и выходное напряжения сдвинуты по фазе на 1800. Если выходное напряжение усилителя подать на его вход, то получится 100% отрицательная ОС. Ru – отрицательная ОС для улучшения формы генерируемых колебаний.

       Для соблюдения баланса фаз, т. е. для введения положительной ОС в усилителе, выходное напряжение, прежде чем подать его на вход, нужно развернуть на 1800 по фазе.  Если считать, что входное сопротивление усилителя больше, а выходное – очень мало, то фазовый сдвиг на 1800 можно осуществить с помощью трех одинаковых

RC – звеньев, каждое из которых изменяет фазу на 600.

Баланс фаз в звене происходит на частоте f0 = 1/15,4 RC, а баланс амплитуд – при коэффициенте усиления усилителя к ≥ 29.

       Для изменения частоты генерации в рассматриваемых генераторах необходимо изменять одновременно либо все сопротивления R, либо все емкости C.

       Недостатки: 1. цепь ОС сильно шунтирует каскад усиления. Поэтому снижается коэффициент усиления;

2. генерируемые колебания имеют значительное изменение формы.

       Для устранения данных недостатков применяют двухкаскадный RC – генератор того же типа.

       Для уменьшения шунтирующего влияния  RC – цепей ОС вводят дополнительный каскад – истоковый повторитель, что позволяет выполнить условие баланса фаз и, в то же время, практически исключить влияние цепи ОС на коэффициент усиления усилителя.

Схема RC - автогенератора с несимметричным  двойным Т - образным мостом

       Здесь создан автогенератор на одном каскаде (или нечетном количестве каскадов) с коэффициентом усиления к≥11. В данной схеме двойной Т – образный мост включается как цепь отрицательной ОС. При выполнении условий  С1= С2= С,  С3 = С/0,207;  R1= R2= R,  R3=0,207R  угол сдвига фаз между входным и выходным напряжениями моста составит 1800 при коэффициенте передачи β = 1/11. Частота колебаний в автогенераторе f0 =1/2рRC

LC –автогенератор с колебательным контуром в стоковой цепи.

Выполняется обычно на однокаскадном усилителе, в котором LC – контур включают как звено положительной ОС последовательно с транзистором или параллельно ему. Здесь элементы колебательного контура LC находятся под низким напряжением и контур включен последовательно с транзистором по отношению к источнику питания. Звено ОС Lз включено в цепь затвора транзистора и связано индуктивно с катушкой Lк резонансного контура Lк Cк. Первоначальные колебания возникают при подаче напряжения питания с частотой .

При наличии положительной ОС эти колебания через катушку Lк, индуктивно связанную с контуром, возвращаются в контур обратно. Размах колебаний постепенно возрастает, что соответствует условию самовозбуждения автогенератора. По мере роста напряжения в цепи истока усилителя из – за нелинейности его амплитудной характеристики коэффициент усиления начинает уменьшаться и произведение . При этом колебания остаются постоянными и автоматически поддерживаемыми на требуемом уровне амплитудой, что соответствует установившемуся стационарному режиму автоколебаний. Применяются в устройствах промышленной электроники.

Схемы на операционных усилителях применяются на частоте  не выше  15 МГц. Это объясняется тем, что выпускаемые в данное время операционные усилители на частотах свыше 15 МГц имеют коэффициент усиления равный единице.

Резисторы R1 и R2 образуют цепь отрицательной ОС. Резонансный LC - контур включен как звено положительной ОС.

Импульсные устройства

Общие понятия и определения

       Наряду с непрерывными сигналами в электронике применяются устройства, работающие в импульсных режимах. Это позволяет:

достигнуть максимальной мощности при наименьших габаритах; ослабить влияние температуры и разброса параметров п/п приборов на работу устройств; значительно повышается пропускная способность и помехоустойчивость электронной аппаратуры; увеличивается надежность за счет применения большого числа однотипных элементов.

В импульсных устройствах используются импульсы различной формы.

А) прямоугольные  б) трапецеидальные  в) экспоненциальные 

г) колоколообразные  д) ступенчатые  е) пилообразные и т. п.

       Все эти виды сигналов называются видеоимпульсами, являются идеальными. Радиоимпульсы представляют собой пакеты высокочастотных колебаний

  Прямоугольные  колоколообразные

Обычно импульсы следуют периодически с периодом Т, которому соответствует частота повторения . Отношение периода Т к длительности импульса tu называют скважностью

Скважность обычно колеблется в пределах от 2-10 (автоматика, вычислительная техника) до 10000 (радиолокация).

Реальные импульсы, применяемые на практике, имеют определенные параметры:

Амплитуда импульса А; Длительность импульса tu(определяется на уровне 0,1 А) длительность фронта импульса tф (время нарастания импульса от 0,1А до 0,9А) длительность среза импульса tс (время убывания импульса от 0,9 до 0,1А) спад вершины импульса ΔА

Для определения полосы пропускания устройств, предназначенных для передачи импульсных сигналов, необходимо знать спектральный состав символов.

       Периодическую последовательность импульсов характеризуют спектром в виде суммы бесконечно большого числа гармоник.

Амплитудные спектры - зависимости амплитуд гармоник от частоты – различны для различных  форм сигналов, их длительности и периода

Спектры фаз – это совокупность начальных фаз гармонических колебаний цп. Оба вида спектров являются дискретными (линейчатыми). Основные характеристики спектра – активная ширина (f = 0 – Fa – здесь заключено 95% энергии сигнала).

       Ширина полосы пропускания, обеспечивающая неискаженную передачу, не зависит от частоты повторения импульсов при постоянной их длительности.

Электрические ключи и простейшие формирователи импульсных сигналов

Основной элемент ключа – активный (п/п диод, транзистор, тиристор, электронная лампа), работающий в ключевом режиме «Включено» - «Выключено». Рассмотрим идеальный ключ и временные диаграммы тока и выходного напряжения.