Генератор электрических колебаний высокой частоты

Общую емкость контура составляют емкости двух конденсаторов: C4 и C5, причем C4 образует емкостную ветвь контура, а C5 и L1- индуктивную ветвь. Так как соответствующие токи iLи iC в любой момент времени направлены противоположно друг другу, напряжения Uкэ и Uбэ противофазны. Следовательно, условие баланса фаз выполняется, поскольку напряжение Uбэ= Umвх, снимаемое с конденсатора C5, является нап

ряжением обратной связи, а Uкэ= Umвых, снимаемое с C4, - выходным напряжением генератора.

3.2 Обобщенная трехточечная схема

Схемы одноконтурных автогенераторов (с трансформаторной, автотрансформаторной и емкостной обратной связью) и большинство других, более сложных схем, могут быть приведены к упрощенной, так называемой трехточечной схеме рис. № 6.

Рис.№6. Трехточечные схемы автогенераторов: а- обобщенная; в- индуктивная; в- емкостная

Такое обобщение упрощает анализ и помогает при составлении схем автогенераторов. Оно возможно благодаря общим требованиям к схемам автогенераторов. Заключающимся в обязательном выполнении условий самовозбуждения (баланс фаз, баланс амплитуд).

В обощенной схеме, изображенной на рис. № 6а, колебательная система, состоящая из трех реактивных сопротивлений Хкб, Хбэ, Хкэ (активными сопротивлениями в большинстве случаев можно пренебречь), подключена к транзистору в трех точках: к, б, э, что определило название схемы. Отдельные элементы колебательной системы могут быть конденсаторами, катушками или более сложными электрическими цепями, например расстроенными параллельными контурами. Условимся также, что сопротивления Хкб, Хбэ, Хкэ включает в себя индуктивности соединительных проводов, междуэлекродные емкости, емкость монтажа и т.д. Таким образом, колебательная система приводится к контуру, состоящему из трех реактивных сопротивлений, по которым протекает контурный ток Ik. В такой схеме автогенератора колебания могут возбудиться на собственной частоте данного контура f0 (точнее, на очень близкой к ней частоте), определяемой из условия резонанса, т.е.

Хкб+Хбэ+ Хкэ =0.

Пусть в некоторой момент времени ток Ik направлен так, как показано на рис. № 6 а. Этот ток создает колебательные напряжения Uбэ= Ik Хбэ и Uкэ= Ik Хкэ, которые для выполнения условия баланса фаз должны быть противофазными, что возможно только, когда реактивные сопротивления Хбэ и Хкэ имеют одинаковый характер. Разумеется, характер третьего сопротивления Хкб должен быть противоположным характеру первых двух сопротивлений, образующих контур, иначе резонанс в контуре будет невозможным.

Правильно составленная схема автогенератора должна обеспечить выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд на частоте, близкой к собственной частоте колебаний в контуре. Необходимый для самовозбуждения коэффициент передачи цепи обратной связи, обеспечивающий выполнение условия баланса амплитуд, определяется соотношением Кос Sср Rрез = 1, или КосКус=1, а при самовозбуждении на частоте, близкой к f0, удовлетворяется также условие ψус+ ψо.с=0; 2π 4π; …

Коэффициент

Кос===

при самовозбуждении должен быть вещественным и положительным, т.е. >0, а это еще раз подтверждает, что реактивные сопротивления Хбэ и Хкэ обязательно должны быть одного знака.

Можно составить два варианта трехточечных схем: индуктивную рис. №6 б, в которой напряжение обратной связи снимается с катушки L1, и емкостную рис. № 6 в, в которой это напряжение снимается с конденсатора C1. Сравнивая рис. №6б и рис. № 6в убеждаемся, что генератор с автотрансформаторной обратной связью представляет собой индуктивную трехточечную схему, а генератор с емкостной обратной связью- емкостную трехточечную схему.

4. Автогенераторы типа RC

4.1 Целесообразность использования RC- генераторов на низких частотах

Генераторы с колебательным контуром незаменимы как источники синусоидальных высокочастотных колебаний. Для генерирования колебаний с частотами меньше 15…20 кГц они неудобны, так как колебательный контур получается слишком громоздким.

Другим недостатком низкочастотных LC – генераторов является трудность их перестройки в диапазоне частот. Все это обусловило широкое применение на указанных выше частотах RC- генераторов, в которых вместо колебательного контура используются частотные электрические RC-фильтры. Генераторы этого типа могут генерировать достаточно стабильные синусоидальные колебания в относительно широком диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц. Они имеют малые размеры и массу, причем эти преимущества RC- генераторов наиболее полно проявляются в области низких частот.

4.2 Структурная схема RC-генератора

Данная схема изображена на рис. № 7.

Рис.№ 7. Структурная схема RC-автогенератора.

Схема содержит усилитель 1, нагруженный резистором и получающий питание от источника постоянного напряжения 3. Для самовозбуждения усилителя, т.е. для получения незатухающих колебаний, необходимо подать на его вход часть выходного напряжения, превышающее входное (или равное ему) и совпадающее с ним по фазе. Иначе говоря, усилитель необходимо охватить положительной обратной связью, причем четырехполюсник обратной связи 2 должен иметь достаточный коэффициент передачи. Эта задача решается в том случае, когда четырехполюсник 2 содержит фазосдвигающую цепь, состоящую из резисторов и конденсаторов сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями 1800.

4.3 Принцип работы фазосдвигающей цепи

Схема которой показана на рис. № 8а, иллюстрируется с помощью векторной диаграммы рис. № 8б.

Рис.8. Фазосдвигающие цепи: а- принципиальная схема; б- векторная диаграмма; в,г- трехзвенные цепи

Пусть ко входу этой цепи RC подведено напряжение U1. Оно вызывает в цепи ток I, создающий падения напряжения на конденсаторе

UC=IXC=

(где ω-частота напряжения U1) и на резисторе UR=IR, которое одновременно является выходным напряжением U2. При этом угол сдвига фаз между током I и напряжением Uс равен 900, а между током I и напряжением UR – нулю. Вектор напряжения U1 равен геометрической сумме векторов UC и UR и составляет с вектором U2 угол φ. Чем меньше емкость конденсатора С, тем ближе угол φ к 900.

4.4 Условия самовозбуждения RC – автогенератора

Наибольший угол φ, который можно получить при изменении значений элементов RC- цепи, близок к 900. Практически элементы схемы R и C подбирают так. Чтобы угол φ=600. Следовательно, для получения угла сдвига фаз φ=1800, необходимого для выполнения условия баланса фаз. Требуется последовательно включить три звена RC.

 Скачать реферат