4.4. Генератор по схеме Колпитса

[Этот тип генератора называют также автогенератором с емкостной об­ратной связью. — Прим. ред.]

В генераторе, построенном по схеме Колпитса (рис. 4.4), роль индуктивной катушки с отводом, используемой в генера­торе, построенном по схеме Хартли, выполняют два конденса­тора переменной емкости, роторы которых объединены и обра­зуют общий вывод. Путем заземления этого вывода колеба­тельный контур генератора подразделяется на две части. В одну часть, обладающую емкостной реактивностью, входит только конденсатор С₃; в другую часть контура, обладающего индук­тивной реактивностью, входят индуктивная катушка L₁ и кон­денсатор С₂, который используется в качестве элемента обратной связи генератора. Благодаря преобладанию в этой части конту­ра индуктивной реактивности над емкостной обеспечивается не­обходимая для поддержания колебаний фазировка напряжения обратной связи на конденсаторе С₂, подаваемого на вход тран­зистора.

Рис. 4.4. Генератор по схеме Колпитса.

Резонансная частота колебательного контура (с учетом влияния внутренних емкостей транзистора и емкостей раздели­тельных конденсаторов) определяет частоту генерации.

Как обычно в таких схемах, напряжение питания подается через ВЧ-дроссель, который препятствует протеканию тока ге­нерируемой частоты через источник питания. Выходной сигнал для передачи на следующий каскад снимается с катушки L₂, связанной трансформаторной связью с катушкой L₁.

4.5. Кварцованный генератор

Для стабилизации частоты генерации, а также для точной настройки требуемой частоты применяют электромеханические преобразователи из пьезоэлектрического кварца, обладающие высокими частотно-стабилизирующими свойствами. Основой кварцевого преобразователя является пластина, вырезанная из кристаллического кварца определенным образом. Для создания возможности включения кварцевой пластины в качестве элемен­та генераторной цепи две противоположные грани этой пласти­ны металлизируют (методом напыления). Затем пластину за­крепляют в кварцедержателе, два вывода которого контактиру­ют с металлизированными гранями пластины.

Если к выводам кварцедержателя с кварцевой пластиной приложить переменное напряжение, то благодаря обратному пьезоэффекту пластина начинает вибрировать с частотой при­ложенного напряжения, и одновременно вследствие прямого пьезоэффекта через кварцевую пластину протекает переменный ток той же частоты; ток через выводы кварцедержателя посту­пает в генераторную цепь. Закон изменения этого тока такой же, как и в случае, если бы вместо кварцевой пластины между выводами кварцедержателя был бы включен последовательный резонансный контур чрезвычайно высокой добротности. Благо­даря этому свойству частота колебаний кварцованного генера­тора удерживается в очень малой окрестности резонансной ча­стоты кварца. Чаще всего устанавливается такой режим работы, при котором частота генерации незначительно превышает резо­нансную частоту кварца.

Рис. 4.5. Кварцованный генератор (а) и зависимость импеданса кварца от частоты (б).

Принципиальная схема кварцованного генератора показана на рис. 4.5,а. Благодаря резистору R₁ напряжение смещения на затворе равно нулю (в случае биполярного транзистора под та­ким же смещением находилась база). Конденсатор С₁ и рези­стор R₂ образуют обычную цепь стабилизации режима по цепи истока (или эмиттера при использовании биполярного транзи­стора). Колебательный контур в цепи стока (или коллектора биполярного транзистора) составлен из конденсатора перемен­ной емкости С₂ и катушки индуктивности L₁. На частоте гене­рации конденсатор С₃ шунтирует источник питания. Катушки индуктивности li и L₂ образуют выходной трансформатор.

На рис. 4.5,6 изображена упрощенная зависимость модуля импеданса кварца от частоты. Обратная связь в этой схеме воз­никает благодаря паразитной емкости сток — затвор. Посколь­ку эта емкость связана с выходным колебательным контуром, через нее протекает высокочастотный ток, который создает на кварце падение напряжения. Так как вблизи резонанса импедане кварца мал по сравнению с импедансом этой емкости, то такой ток имеет емкостную природу и опережает выходное на­пряжение примерно на 90°. Если при этом кварц на частоте ге­нерации имеет индуктивный импеданс, то падение напряжения на кварце в свою очередь опережает этот ток примерно на 90°, в результате при небольшой индуктивной расстройке выходного контура выполняется условие баланса фаз и при достаточном усилении возникает генерирование колебаний. Наибольшая ста­бильность кварцевого генератора получается, когда резонанс­ная частота выходного контура находится между точками х и у (рис. 4.5,6), где кварц имеет индуктивный импеданс. Если ча­стота генерации находится вблизи частоты резонанса кварца f_p, то случайное изменение температуры может сместить рабочую точку ниже этой частоты и импеданс кварца станет емкостным. При этом нарушится условие баланса фаз и генерирование пре­кратится.