Трехточечные схемы автогенераторов LС-типа
Схему самовозбуждающегося LC-генератора (автогенератора) можно постороить, не используя трансформаторную связь. В этом случае сигнал обратной связи снимается непосредственно с колебательного контура. Это достигается секционированием индуктивной или емкостной ветви колебательного контура. В схемах таких генераторов колебательный контур имеет три точки соединения с усилителем, поэтому их называют трехточечными.
Рис. 10.20. Схема LC-генерато- ра гармонических синусоидальных колебаний с автотрансформаторной положительной обратной связью (индуктивная трехтонка)
В схеме генератора на рис. 10.20 (индуктивная трехточка) индуктивная ветвь колебательного контура выполнена секционированной. Сигнал обратной связи определяется напряжением на секции w{, а секция и>2 действует как индуктивность колебательного контура. Такое включение секций катушек индуктивности называется автотрансформаторным.
Поэтому схема называется автотрансформаторной, трехточечной с индуктивной ПОС, автогенераторной.
В этой схеме колебательный контур L1C1 и усилитель включены последовательно с усилительным элементом, а контур к электродам транзистора (по переменному току ВЧ) включен тремя точками, т.е. к эмиттеру (Э), базе (Б) и коллектору (К). Необходимо отметить, что средняя точка автотрансформатора в контуре подключена к эмиттеру транзистора через малое внутреннее сопротивление источника питания (/*0) по переменной составляющей тока.
Положительная обратная связь определяется тем, что напряжения на секциях Wj и w2 относительно общей точки, подключенной к шине — UK, находятся в противофазе (сдвинуты по фазе на 180°). Это обеспечивает выполнение одного из условия самовозбуждения генератора — баланс фаз. Амплитудное условие самовозбуждения (баланс амплитуд) удовлетворяется подбором величины ОС за счет числа витков катушки ОС (Wj).
Для идеальной индуктивной связи обмоток Wj и и>2 условие баланса амплитуд обеспечивается при условии
где р — коэффициент передачи тока транзистора в рабочей точке покоя.
При этом частота генерируемого сигнала определяется по формуле
т.е., подбирая число витков обмотки L2 для баланса амплитуд, следует одновременно корректировать также и число витков в обмотке L1, так чтобы заданная частота генерации не изменилась. Принципиальная схема такого генератора в литературе известна как схема Хартлея.
Рис. 10.21. Схема LC-генератора гармонических синусоидальных колебаний с емкостной положительной обратной связью (емкостная трехточка)
В схеме генератора на рис. 10.21 (емкостная трехточка) колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L1 и последовательно включенных конденсаторов С1 и С2 (секционирована емкостная ветвь), включен параллельно усилителю. Напряжение обратной связи снимается с конденсатора С2 относительно общей шины источника питания и подается на вход усилителя через конденсаторы СЗ и С4, минуя цепь источника питания. Напряжения на конденсаторах С1 и С2 относительно их общей точки находятся в противофазе, поэтому в схеме выполняются условия баланса фаз.
Условие баланса амплитуд обеспечивается выбором емкости конденсатора С2, с которого снимается напряжение положительной обратной связи UC2. Для его увеличения необходимо уменьшить емкость конденсатора С2, так как при этом возрастает емкостное сопротивление, следовательно, и падение напряжения на конденсаторе от протекания тока через колебательный контур.
При найденном значении емкости конденсатора С2 емкость конденсатора С1 определяется из условия обеспечения заданной частоты генерации
В схеме неемкостной трехтонки изменять частоту генерации не совсем удобно, так как для этого приходится изменять число витков катушки L или перемещать ее сердечник. Поэтому емкостную трехтонку в основном используют в качестве тактовых генераторов с фиксируемой частотой.
Для стабилизации частоты генерации f необходимо точно выполнять условия баланса амплитуд, Кцр > 1. Это достигается путем введения переменного резистора R4 в эмиттерную цепь транзистора. С помощью R4 можно уменьшать коэффициент усиления усилителя К^, изменяя величину ООС в электрической цепи.
Заданную частоту колебаний можно получить при различных значениях индуктивности и емкости в контуре, так как она определяется их произведением. Однако при увеличении емкости необходимо уменьшать индуктивность, что существенно снижает добротность контура Q = соL/R = 1/со0С7?, где со0 — резонансная частота.
Уменьшение добротности может привести к искажению формы автоколебаний и к нестабильности частоты. Поэтому добротность колебательного контура должна составлять не менее 30—70.
Принцип построения генераторов LC-типа на полевых транзисторах не отличается от принципа построения генераторов LC-типа на биполярных транзисторах.
Рис. 10.22. Схема LC-генератора гармонических синусоидальных колебаний с параллельным включением колебательного контура и усилителя
На рис. 10.22 приведена схема генератора с параллельным включением колебательного контура и усилителем с трансформаторной ПОС.
Параллельное включение колебательного контура позволяет уменьшить напряжение питания. Блокировочный дроссель L3, имеющий большое сопротивление по переменному току, обеспечивает развязку источника питания и контура на частоте генерации, но не препятствует прохождению постоянного тока транзистора. Для исключения замыкания источника питания через индуктивность L3 и катушку индуктивности контура L1 в цепь питания контура включают разделительный (блокировочный) конденсатор С2.
Важным условием генерации колебаний во всех генераторах является выбор начального режима работы усилительного режима, т.е. положение рабочей точки (смещение). Если положение рабочей точки выбрано на прямолинейном участке ВАХ в пределах активной области, можно получить «мягкий» (плавный) режим начального возбуждения.
Если рабочая точка выбрана ближе к режиму класса В (отсечки), то для возбуждения генератора требуется дополнительный источник сигнала на вход усилителя. Такой режим возбуждения называется «жестким», а генератор — ждущим.
Цепь из параллельно соединенных резистора R1 и конденсатора СЗ, включенная в цепь затвора, служит для создания «мягкого» режима возбуждения генератора. В области малых амплитуд колебаний затвор транзистора имеет почти нулевое смещение. С увеличением амплитуды колебаний отрицательное смещение затвора возрастает за счет заряда конденсатора СЗ.
Генератор LC-типа можно построить также и на основе операционного усилителя (ОУ). Принципиальная схема одного из таких генераторов приведена на рис. 10.23.
Рис. 10.23. Схема LC-re- нератора гармонических синусоидальных колебаний на основе операционного усилителя (ОУ)
Электронная часть такого генератора построена на ОУ с неинвертирующим входом. Параллельный колебательный контур включен параллельно выходу ОУ. Поскольку выходное сопротивление операционного усилителя мало, то последовательно с контуром LC включен резистор R3, исключающий шунтирование контура через выходное сопротивление ОУ.
На резонансной частоте параллельный контур имеет очень большое сопротивление и не шунтирует выход ОУ. При этом сигнал ПОС, прошедший через R3, становится больше, чем сигнал ООС, прошедший через R1, и в схеме выполняются условия генерации (возбуждения) усилителя: AJ3 > 1, (р = 2пп.
При отклонении частоты колебаний f от резонансной, сопротивление контура уменьшается и приобретает реактивный характер, что приводит к уменьшению коэффициента усиления ОУ (К^) (за счет снижения глубины ПОС, которая становится меньше глубины ООС) и появлению дополнительных фазовых сдвигов. Таким образом, генерация колебаний в схеме оказывается возможной лишь на частотах, весьма близких к f .
Генераторы LC-типа применяются, как правило, для генерации сигналов в диапазоне радиочастот. Для получения гармонических колебаний в диапазоне звуковых и дозвуковых частот используются генераторы RC-типа, так как при этом уменьшаются габариты схемы и ее масса по сравнению с генератором LC-типа.
