2.11.3. Буферні каскади.

Буферні каскади радіопередавача використовуються для усунення впливу опору навантаження при настроєні радіопередавача, зміни антени і інших впливів на частоту автогенератора задаючої частоти.

Оскільки основним елементом автогенератора задачої частоти є паралельний контур, то для усунення впливу на контур буферний каскад повинен мати малу вхідну ємність і високий вхідний опір (рис. 2.42а).

Рис. 2.42. Схеми буферних каскадів.

На рис. 2.42а зображено вихідний контур автогенератора L_кC_к паралельно якому ввімкнено вхідна ємність C_вх і вхідний опір R_вх буферного каскаду. Видно, що в цьому випадку при значній C_вх частота автогенератора зменшується, що недопустимо з точки зору стабільності частоти. Крім того, паралельне ввімкнення контуру вхідного опору буферного каскаду R_вх впливає на амплітуду вихідної напруги автогенератора, оскільки зменшує добротність контура L_кC_к. До схем буферних каскадів відносяться відомі схеми підсилювачів, які мають малу вхідну ємність і високий вхідний опір. Це схема витокового повторювача (рис. 2.42б), який, як відомо, має вхідний опір одиниці … десятків мегом і ємність одиниць пікофарад. В вигляді буферного каскаду можуть використовуватись схеми емітерних повторювачів, побудованих по звичайній схемі (рис. 2.42в) або на складеному біполярному транзисторі (рис. 2.42г), які можуть мати вхідний опір десятки … сотні кілоом і вхідну ємність одиниці … десятки пікофарад. Відомо, що схеми повторювачів не мають підсилення по напрузі, тому для усунення цього недоліку може бути використана звичайна схема резонансного підсилювача на польовому транзисторі (рис. 2.42д), який має вхідний опір десятки кілоом і вхідну ємність одиниці … десятки пікофарад.

В вигляді буферних каскадів радіопередавачів можуть бути використані і інші схеми, які відповідають цим вимогам.

3. Автогенератори

Автогенератором (АГ) називається схема радіопередавача, яка виробляє синусоїдальну напругу несучої частоти, яка в подальшому підсилюється, помножується по частоті І використовується для випромінювання антеною.

На відміну від генератора з зовнішнім збудженням, який одержує вхідну напругу іззовні від попереднього каскаду, автогенератор сам виробляє як вхідну, так і вихідну напругу. По можливості схема автогенератора повинна мати високу стабільність частоти.

3.1. Поняття про самозбудження. Баланс фаз і баланс амплітуд.

Схема автогенератора можу бути представлена звичайною схемою генератора з збудженням, яка має коливальний контур L_кC_к і індуктивність зв'язку L_зв (рис. 3.1а). Для зручності розгляду фізичних процесів базове коло живлення не показано.

Рис. 3.1. Принцип самозбудження автогенератора.

Нехай в звичайній схемі ГЗЗ з паралельним контуром L_кC_к в

вигляді навантаження має коефіцієнт підсилення К = 10, оскільки на вхід схеми подано 0,1 В, а на контурі здійснюється зйом вихідної

напруги 1В. З схемі ГЗЗ U_вх = 0,1В подається від зовнішнього джерела напруги. З схеми ГЗЗ видно, що одержати U =0,1 В можна в самій схемі, якщо поруч з контурною котушкою L_к розмістити індуктивність зв'язку L_зв, то наведена в ній напруга може різною в залежності від відстані між катушкою індуктивності взаємозв'язку М_зв . Така схема може працювати в безперервному режимі, якщо наведена на L_зв напруга достатня по амплітуді і правильно прикладена по фазі.

Тому розгляд фізичних процесів в схемі автогенератора повинен бути розглянутий при ввімкненні живлення. Якщо контур L_кC_к високо-добротний, то при ввімкненні тумблером SA1 напруги живлення в ньому будуть виникати затухаючі коливання U_вих (рис. 3.1б) Із-за наявності опору втрат в контурі. Для того, щоб зберегти амплітуду U_вих стабільною, необхідно в наступний період після ввімкнення, коли вона зменшиться, поповнити енергію в контурі (на рисунку показано пунктиром). Для цього потрібно, щоб наведена напруга на Індуктивності зв’язку U_Lзв була подана на вхід транзистора, підсилилась ним і відклалась на контурі в фазі з U_вих. Тобто, сумарний фазовий зсув в так званому кільці зворотнього зв'язку, куди власне входить контур з високочастотним трансформатором L_кL_зв і транзистор з навантаженням L_кC_к повинен мати значення, рівне нулю :

Ця умова роботи автогенератора носить назву умови балансу фаз і полягає в тому, щоб збільшити амплітуду вихідної напруги за рахунок приходу на вихід напруги U_Lзв, тобто, здійснити позитивний зворотній зв'язок в схемі підсилювача.

В приведеній на рис. 3.1а схемі транзистор ввімкнений по схемі з загальним емітером, тому відомо, що така схема при активному навантаженні (контур повинен працювати на своїй власній резонансній частоті генерації _ген інакше сам контур буде мати додатковий фазовий зсув) дає фазовий зсув =180°. Тоді високочастотний трансформатор повинен мати фазовий зсув =180°, щоб було рівним 360°. Для цього катушки L_к і L_зв повинні бути намотані в одну сторону, щоб наведена напруга U_Lзв була протифазна U_вих . Фактично в такій конструкції для одержання генерації необхідно поміняти виводи катушки зв'язку, якщо вихідна напруга від­сутня.

Другою важливою умовою виникнення генерації є умова балансу амплітуд, яка полягає у тому, що амплітуда зворотнього зв’язку U_Lзв повинна бути достатньою для поповнення енергії в контурі. В разі невиконання цієї умови вихідна напруга буде затухати, оскільки енергія потрачена на опорі втрат, не компенсується достатньою амплітудою поданої вхідної напруги U_Lзв.

Умова балансу амплітуд виникає з відомої формули для коефіцієнту підсилення схеми з зворотнім зв’язком, , в якій при негативному зворотньому зв’язку, де результуюча напруга на вході підсилювача зменшиться, тому і зменшиться і коефіцієнт підсилення К_р в порівнянні з підсиленням без зворотнього зв’язку k:

При позитивному зворотньому зв’язку, який використовується в схемі автогенератора, , тому з формули видно, що при факторі зворотнього зв’язку , тобто, при найменшому значенні, близькому до нуля вхідної напруги є можливість одержати вихідну напругу в автогенераторі без подачі фактично вхідної напруги від зовнішнього джерела збудження. Таким чином умовою балансу амплітуд є умова . Найменший індиктивний зв’язок між L_к і L_зв, при якому можлива генерація, називається критичним зв’язком. При ньому можлива генерація, але найменше зменшення взаємозв’язку М_зв між L_к і L_зв приводить до зриву генерації.