5.2 Генератор синусоидальных колебаний с lc контуром и трансформаторной ос

На рисунке 5.5 изображена схема генератора синусоидальных колебаний с LC- контуром и трансформаторной ОС.

В этой схеме используется обычный каскад с R1, R2 в базе транзистора (делителем) и эмиттерным резистором R_э. С помощью этих элементов:

1. Устанавливается ток смещения (задается рабочая точка).

2. Стабилизируется положение рабочей точки за счет ООС по постоянному току на резисторе R_э. ООС по переменному току на этом резисторе устраняет С_э.

ПОС здесь достигается за счет встречного включения обмотки L₂ (см. звездочки, эквивалентные началам или концам обмоток L1, L2). Сигнал U_вых1 на коллекторе транзистора VT, включенного по схеме с общим эмиттером, инверсен по отношению к сигналу базы.

Рис. 5.5. Генератор синусоидальных колебаний с LC-контуром и трансформаторной ПОС

Так как индуктивности вносят опережение, то в схеме реализуется баланс фаз в 0π. К коллектору подключен параллельный резонансный LC-контур (см. приложение 4). Его сопротивление равно

На резонансной частоте контур имеет большое сопротивление (теоретически ). За счет потерь в конденсаторе и индуктивности он имеет

к онечную вершину (пик резонанса, рис. 5.6). Но на этой частоте коэффициент усиления

т ранзисторного каскада максимален , где r_э – общее сопротивление эмиттерного перехода: .

Рис. 5.6. Коэффициент передачи резонансного LC-контура (а) и фазовая зависимость (б)

Коэффициент добротности Q позволяет оценивать характеристику контура: чем больше добротность, тем острее характеристика (рис.5.6). Добротность равна резонансной частоте w₀, деленной на ширину пика, определенную по точкам – 3дБ . Для параллельной RLC-схемы Q=w₀RC.

Стабилизация амплитуды U_вых1 достигается за счет насыщения транзистора (нелинейность). Так как L1 имеет малое сопротивление провода, то на коллекторном электроде VT напряжение почти равно E₀ (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Семейство выходных характеристик, ограниченное рабочей областью

Величина питания E₀ выбирается не больше половины допустимого напряжения U_кэ транзистора. Нагрузочная прямая располагается почти вертикально (см. рис. 5.7), потому что сопротивление провода невелико. Рабочую точку A располагают примерно на середине рабочей области на нагрузочной прямой. Поэтому установить ее положение можно только по току смещения. Для этого последовательно с транзистором включают малоомный амперметр и посредством резисторов R1, R2 добиваются нужной величины тока I_Кож. Затем через рабочую точку проводят нагрузочную прямую по переменному току, при этом рассчитывается сопротивление L₁C контура R~|Z|_LIC. К этой прямой по переменному току обычно проводят перпендикуляр – это ось времени t. Слева R~ упирается в точку а (границу рабочей области – вертикальную линию, отсекающую существенную кривизну характеристик), справа от точки А откладывают такой же длины отрезок (точка б). Можно слева, сделать упор в линию насыщения (точку а). Справа б должна быть меньше допустимой величины U_доп для транзистора на величину запаса. Эту величину запаса определяют разработчики схемы.

Из построения (см. рис. 5.7) видно, что точка б справа значительно превышает E₀ – это есть результат действия ЭДС самоиндукции (физический смысл). Именно поэтому выбирают E₀ не больше половины допустимого напряжения U_доп транзистора. Из точек а и б проводят прямые, параллельные оси времени t, и разворачивают синусоиду. Ее частота определяется из формулы:

Таким образом в этой схеме баланс фаз и ПОС образуется при фазовом сдвиге в 0π. В схеме генератора (рис. 5.5) стоит отметить специфические особенности, которые будут характерны и другим схемам с резонансным контуром в цепи коллектора транзистора. Во-первых, энергия “накачивается” в контур только через индуктивность (коллектор транзистора всегда подключен к выводу индуктивности) , так как последняя ограничивает величину тока в переходном процессе в отличие от емкости. Во-вторых, в соответствии с рис. 5.7 эта энергия поступит в контур во время формирования одной полуволны выходной синусоиды, во втором полупериоде транзистор находится в отсечке и формирование гармоники продолжается самим резонансным контуром с потерей накопленной ранее энергии.