Теоретичні відомості

Класифікація генераторів. Структурна схема генератора

Для створення всіх радіотехнічних пристроїв, що містять радіопередавальні пристрої, необхідне використання генераторів. Крім того, генератори входять у багато радіомовних приймачів і використаються у всіх телевізорах. Генератори діляться на автогенератори, синхронізовані генератори й генератори із зовнішнім порушенням. Автогенератором називається радіотехнічний пристрій, на виході якого з'являється періодичний сигнал при подачі на нього постійної напруги від джерела живлення.

Синхронізованим генератором називається автогенератор, на який діє малий зовнішній періодичний сигнал. Завдяки явищу синхронізації частота коливань автогенератора виявляється рівній частоті зовнішнього сигналу. Синхронізація відіграє важливу роль у телевізійних приймачах.

Генераторами із зовнішнім порушенням називають підсилювачі потужності в передавачах, На відміну від підсилювачів потужності, які не містили фільтруючих ланцюгів - коливальних контурів на виході підсилювачів, генератор із зовнішнім порушенням має на виході або один коливальний контур, або зв'язані контури для фільтрації коливань і виділення потрібних спектральних складових коливань. Активний нелінійний елемент - транзистор або електровакуумна лампа - працює в такому підсилювачі в режимі з відсіченням струму - режимі класу АВ або В - для одержання малої величини постійної складової струму через активний елемент, малої потужності живлення й високого ККД.

За формою генеруючих коливань генератори діляться на два класи: генератори гармонійних коливань і генератори негармонійних коливань.

Гармонійні коливання потрібні в першу чергу як несучі коливання при передачі інформації, негармонійні коливання використаються, наприклад, для створення імпульсів з метою обробки інформації в ЕОМ або розгорнення зображення в телевізійних системах.

Генератори гармонійних коливань часто містять коливальні LС контуру, резонансна частота яких визначається формулою Томсона . Ці генератори називаються генераторами томсоновського типу. Частота коливань такого генератора близька до резонансної частоти контуру.

Однак іноді генератори гармонійних коливань, як і всі генератори негармонійних коливань, не містять коливальних контурів. У цьому випадку період коливань генератора негармонійних коливань визначається часом установлення (часом релаксації) рівноваги в лінійних ланцюгах генератора. Тому іноді ці генератори називаються релаксаційними генераторами.

Транзисторні автогенератори гармонійних коливань

Розглянемо дві схеми транзисторних автогенераторів гармонійних коливань томсоновського типу - з резонансними контурами. Резонансна частота контуру визначає частоту коливань автогенератора.

На рис.1 представлена схема автогенератора на біполярному транзисторі з індуктивним зворотним зв'язком.

Рис. 1

Транзистор з контуром LC й опором навантаження R_H у колекторному ланцюзі являє собою резонансний підсилювач напруги. За допомогою індуктивності L_oc створюється ланцюг зворотного зв'язку, необхідний для роботи автогенератора.

На рис.1 дільник забезпечує необхідними напругами ділянку база-емітер і ділянку база-колектор, конденсатор С_бл шунтує на частоті генерації резистор R₂, у підсумку напруга зворотного зв'язку з котушки L_oc повністю надходить на ділянку база-емітер. При роботі автогенератора за рахунок детектування коливань на ділянці емітер-база через ланцюжок С _6л,R₂ постійна напруга може стати нульовою, або навіть негативною, але це приведе лише до більш економічної роботи автогенератора, тому що зменшується постійний струм через транзистор, на початку ж роботи напруга на ділянці база-емітер відкриває транзистор, що полегшує самозбудження автогенератора. Автогенератор при включенні працює в м'якому режимі, а потім переходить у твердий режим роботи.

Широке поширення одержала «трьохточкова» схема. Розглянемо схему індуктивної трьохточки, наведену на рис. 2.

Рис. 2

Від схеми на рис.1 вона відрізняється реалізацією ланцюга зворотного зв'язку. Опір ємності С обрано так, що він перевищує по модулю опір індуктивності на частоті генерації. Тому струм у галузі CL₂ визначається ємнісним опором цього ланцюга й випереджає по фазі на напругу на контурі (рис. 3).

Рис.3

Рис.4

Напруга на індуктивності L₂ випереджає струм I _с, що протікає через цю індуктивність на й має ту фазу, яку повинна мати керуюча напруга для виконання умови балансу фаз: воно повинне бути протифазною напрузі на колекторі рівній напрузі на виході генератора . Частота коливань такого генератора визначається всіма елементами контуру . На рис.4 наведена схема індуктивної трьохточки на польовому транзисторі. R _и, С_и необхідні для вибору робочої крапки.

Для створення автогенератора з коливальним контуром на низьких частотах (менше 15—20 кГц) потрібно використати занадто більші котушки індуктивності, тому що частота коливань генератора . Ці труднощі вдається уникнути при використанні RС-генераторів, що не містять коливальних контурів.

Широке поширення одержали RC-автогенератори гармонійних коливань із мостом Вина. Схема такого автогенератора, побудованого на двох польових транзисторах, представлена на рис. 5.

Рис. 5

Опори R _н1, R _н2служать для створення необхідного автоматичного зсуву на ділянках затвор-джерело транзисторів VT ₁ VT ₂і для створення негативного зворотного зв'язку по змінному струмі; ланцюжок , також служить для збільшення негативного зворотного зв'язку, призначення , , — те ж, що й у будь - яких резисторних підсилювачах. З'єднання , називається мостом Вина; міст Вина є ланцюгом зворотного зв'язку автогенератора, напруга зворотного зв'язку знімається з ділянки (між точками АВ).

Коефіцієнт зворотного зв'язку автогенераторів (коефіцієнт передачі моста Вина) розраховується для схеми(рис.5) по формулі:

При й перетворюються в

Щоб виконувалася умова балансу амплітуд () коефіцієнт підсилення двокаскадного підсилювача на рис.5 повинен бути невеликим (кілька одиниць, при ,усього лише К=3), тому в схему автогенератора вводять негативні зворотні зв'язки, які створюються за рахунок ланцюжка R _оc, C_oc, а також за рахунок R _н1, R _н2(див. рис. 5); якщо не вводити негативний зворотний зв'язок, то через великий коефіцієнт підсилення можливе відхилення вихідного сигналу від синусоїдальної форми.