книги из ГПНТБ / Смирнов Б.В. Основы электроники и техники связи учебник

Ч

*н

возбуждением.

При емкостной нагрузке Хс регулировка осуществляется изме­ нением индуктивностей — основной L\ или дополнительной L2 (рис. 64,а); при индуктивной нагрузке XL — изменением основной Сi или дополнительной С2 емкостей (рис. 64,6). Большую роль игра­ ет также регулировка интенсивности связи между анодной цепью и нагрузкой. Связь может быть индуктивной М (рис. 64, в) или емкостной С—С' (рис. 64,г).

Промежуточные генераторы с независимым возбуждением предназначены для усиления мощности до значения, необходимого для работы («раскачки») выходного генератора-усилителя. Такие генераторы имеют резонансные контуры в анодной и сеточной це­ пях. Применяются генераторы также с одним, чаще анодным, кон­ туром.

Промежуточные генераторы позволяют отделить выходной кас­ кад от источника колебаний и повысить стабильность работы ис­ точника колебаний.

Генераторы с независимым возбуждением, работающие в бу­ ферном режиме, отличаются от промежуточных и выходных гене­ раторов тем, что функционируют они всегда без сеточных токов,

жителей является резонансный контур, настроенный на вторую (уд­ воитель) или третью (утроитель) гармоническую составляющую

400

исходных, то есть подаваемых извне колебаний высокой частоты. Вторая гармоническая составляющая имеет максимальную ампли­ туду при угле отсечки анодного тока, равном 60°, а третья — при 40°.

Генераторы-умножители применяются в передатчиках и при­ емниках ультракоротких волн для умножения частоты возбудите­ лей и гетеродинов.

3.Генераторы с самовозбуждением (автогенераторы)

Принцип действия автогенераторов сводится к компенсации по­ терь энергии в задающем контуре при помощи усилительного кас-. када за счет источника электропитания. Благодаря такой компен­ сации колебания в задающем контуре становятся незатухающими. Компенсирующая доля энергии подается в задающий контур че­ рез цепи обратной связи.

Обратная связь в автогенераторах. В автогенераторах исполь­ зуется положительная обратная связь, при которой основное на­ пряжение на задающем контуре и напряжение обратной связи сов­ падают по фазе. В результате амплитуда исходных (затухающих) колебаний в задающем контуре увеличивается. Для того чтобы форма генерируемых колебаний не искажалась, а амплитуда их оставалась неизменной, степень (интенсивность) обратной связи должна быть оптимальной. Последнее достигается благодаря соблюдению соответствующих условий самовозбуждения. При очень слабой обратной связи генерируемые колебания затухают, при очень сильной наблюдается срыв (искажения) колебаний в за­ дающем контуре.

Автогенератор как колебательная система. Генераторы с само­ возбуждением представляют собой автоматическую колебатель­ ную систему. Она состоит из устойчивого колебательного звена (его колебания обладают свойством затухать) в виде задающего контура. Усилительный каскад является усилительным звеном. Регулирующее звено в виде цепей обратной связи обеспечивает взаимодействие колебательного и усилительного звеньев с тем, чтобы превратить всю систему в единое консервативное звено (то есть в звено с незатухающими колебаниями).

4.Индуктивно-емкостные (LC) генераторы синусоидальных колебаний

Схемы генераторов с обратной связью. Работа генератора с самовозбуждением начинается с того момента, когда на лампу по­ дается напряжение постоянного тока. Конденсатор С контура (рис. 65, а), получив заряд от источника питания Е0> разряжается на ка­ тушку индуктивности L. Напряжение на катушке, возрастая, сно­ ва заряжает конденсатор, и явления повторяются.

101

Таким образом, генерируемая частота возникает в настроенном на нее контуре LC, который включается в анодную (рис. 65, а), се­ точную (рис. 65,6) или катодную (рис. 65,а) цепь лампы. Коле­ бания в контуре LC поддерживаются за счет покрытия потерь в нем путем возвращения части энергии из внешней цепи в контур LC. Для этой цели предусматривается положительная обратная связь, которая может быть осуществлена при помощи индуктивно­ сти или емкости. Из рисунка 65, а, б, в видно, что для индуктив­ ной обратной связи служит дополнительная катушка Lo. Степень обратной связи выбирается такой, чтобы количество энергии, воз­ вращаемой в контур LC, компенсировало имеющиеся в нем поте­ ри. При слабой обратной связи колебания в контуре будут зату­ хать, а при очень сильной возможны искажения формы кривой ге­ нерируемых колебаний.

102

противления Rc■Постоянную времени цепи RcCc выбирают такой, чтобы конденсатор Сс не успевал разряжаться на сопротивление Rc за период генерируемых колебаний.

Генераторы с самовозбуждением различают по способу пода­ чи анодного тока от источника питания к лампе.

В генераторах с последовательным питанием ток от источника питания поступает через катушку L или Lo к аноду лампы (рис. 65,я, б). В генераторах с параллельным питанием цепи постоян­ ного и переменного тока разделены. Через дроссель Др пропуска­ ется постоянный ток от источника питания Еа. Но дроссель задер­ живает токи высокой частоты. Конденсатор С' пропускает токи высокой частоты, но задерживает постоянный ток (рис. 65,6, ж ), В трехточечных схемах такое разделение осуществляется за счет лампы (рис. 65, г, з ) .

Если вместо электронных ламп используют транзисторы, то схема генератора фактически не меняется, так как роль анода, сетки и катода играют соответственно коллектор, база и эмиттер (рис. 65, в, е, и) . Два источника постоянного тока Еэ и Ек подклю­ чают между электродами непосредственно (рис. 65, и). При одной батарее Е используют делитель напряжения из двух сопротивле­ ний— R 1 и R2 (рис. 65,е, е).

ратную связь. Второе — напряжение на контуре и напряжение об­ ратной связи должны совпадать по фазе, то есть обратная связь должна быть положительной.

Необходимую степень обратной связи определяют подбором параметров схемы. На рисунке 6 6 изображена реальная и экви­ валентная схема генератора для токов высокой частоты.

103

Последняя соответствует схеме усилителя, но напряжение на сетке здесь U C — K U U, где К — коэффициент обратной связи.

Общий ток лампы (рис. 6 6 , 6 )

Это выражение и есть условие самовозбуждения.

В случае применения триодов, когда R i< g .Z H и можно положить R i& 0 , условие самовозбуждения принимает следующий вид:

Частота установившихся колебаний. В генераторе с самовоз­ буждением она определяется параметрами контура:

2 л V LC

Активное сопротивление Ri контура генератора с индуктивной обратной связью оказывает влияние на частоту генерируемых ко­ лебаний

104

Рис. 67. Мягкий (а) и жесткий (б) режимы возбуждения автогенера­ торов.

Но так как внутреннее сопротивление лампы Ri всегда значи­

тельно больше значения г, то отношение — близко к нулю, и

Ri

практически частоту установившихся колебаний определяют по первой формуле.

Режим возбуждения. Различают два режима возбуждения ге­ нераторов — мягкий и жесткий. Если рабочая точка лампы генера­ тора располагается на линейном участке колебательной характе­ ристики, то генератор обладает мягким режимом возбуждения. Ес­ ли же эта точка находится на нелинейном участке колебательной

ном контуре будет плавно уменьшаться и при К — К2 станет рав­ ным нулю (UK — 0 ).

Во втором случае (жесткий режим) устойчивые колебания воз­ никают только при К = К .t (рис. 67,6) и могут существовать до значения К = К 2, после чего они сразу затухают. При К = К з коле­ бания могут быть устойчивыми лишь при большом внешнем на­ пряжении на сетке лампы.

Колебания первого и второго рода. В генераторах с самовоз­ буждением различают два режима колебаний — первого и второ­ го рода. При режиме колебаний первого рода рабочая точка А на характеристике лампы выбирается на линейном участке так, что­ бы колебания в сеточной и анодной цепях были идентичными (рис. 53, а). В режиме колебаний второго рода рабочая точка А нахо­ дится в нижней части характеристики лампы, этот режим харак­ теризуется отсечкой анодного тока (рис. 53,6).

Энергетика автогенераторов. В любом режиме задающий кон­ тур генератора настраивается на первую гармонику генерируемых колебаний. Полезная (колебательная) мощность генератора обра­ зуется этой гармоникой анодного тока и определяется следую­ щим образом.

105

Мгновенная мощность, подводимая к аноду лампы от источни­ ка питания,

Область применения и частотные диапазоны. Индуктивно-ем­ костные генераторы используют в возбудителях передатчиков, гете­ родинах приемников, устройствах автоматики и измерительной тех­ ники, для регулировки и калибровки аппаратуры связи, телевидения, радиорелейных установок и другой разнообразной радиоэлек­ тронной аппаратуры. Высокочастотные измерительные генераторы

1 0 6

различаются выходными параметрами, стабильностью генерируе­ мой частоты, точностью ее отсчета и т. п. Например, генераторы сигналов высокочастотные (марки Г4) имеют следующие модифи­ кации по диапазонам частот Af:

5.Реостатно-емкостные (RC) генераторы синусоидальных колебаний

Общие сведения. В 7?С-генераторах элементами, задающими частоту колебаний, являются цепи из активных сопротивлений и емкостен. /?С-генератор работает на лампе Л\ (рис. 6 8 ). При по­ мощи четырехполюсника (обведен пунктиром) с входом 1—1 и выходом 2—2 осуществляется обратная связь. Частота возникаю­ щих колебаний определяется сопротивлениями R\ и R2 и конден­ саторами Ci и С2:

Я(1 + Дв1 Кг— коэффициент усиления каскада на лампе Л2.

/<?С-генераторы, как правило, используются для получения сину­ соидальных колебаний только низкой частоты (до десятков кило­ герц).

Если LC-генераторы с самовозбуждением применяются в каче­ стве возбудителей передатчиков и гетеродинов приемников длин­ ных, средних и коротких волн, то ^С-генераторы используются главным образом в схемах автоматики и в генераторах низкой частоты.

* 1 ГГц=109 Гц.

107

Генераторы звуковых и ультразвуковых частот относятся к группе генераторов низкой частоты. Диапазон звуковых частот ограничивается частотами от нескольких герц до 18—20 кГц. Это колебания, которые слышит человек. Диапазон ультразвуковых частот относится к «неслышимым звукам» и охватывает колеба­ ния с частотами от 20 до 200 кГц и выше.

Генераторы звуковых и ультразвуковых частот состоят из за­ дающего RC-каскада на сопротивлениях и конденсаторах и уси­ лителя с выходным трансформатором и делителями напряжения, а также блока электропитания. Для осуществления положитель­ ной обратной связи используют один из каскадов усилителя, в ка­ тод лампы которого последовательно включают обмотку обратной связи выходного трансформатора. В таких генераторах применяют и отрицательную обратную связь (например, в виде нелинейного элемента — лампы накаливания, включаемого последовательно в катод лампы задающего каскада). За счет отрицательной обрат­ ной связи достигается стабилизация амплитуды напряжения за­ дающего генератора.

В отличие от ДС-генераторов для получения колебаний низкой частоты находят применение LC-генераторы, которые работают^ режиме биений (например, генератор ГЗ-18). Два самовозбуждающихся LC-генератора к выходной нагрузке подключаются через смесительный (преобразовательный) каскад. Частота одного гене­ ратора отличается от частоты другого на частоту биений. При ра­ венстве частот обоих автогенераторов получаются нулевые биения.

Генераторы звуковых и ультразвуковых частот применяют для регулирования и исследования различной электронной аппарату­ ры, систем автоматического регулирования, контроля и настройки радиовещательных трактов, низкочастотных трактов радиоприем­ ников и радиопередатчиков всех диапазонов частот, в том числе трактов звукового сопровождения телевидения, а также пспользу-

108

ют при исследовании вычислительных устройств. Такие генерато­ ры различаются выходной мощностью (от .долей ватта до 10 и бо­ лее Вт), стабильностью колебаний, точностью отсчета, диапазо­ ном генерируемых колебаний. Так, например, звуковые генераторы марки ГЗ имеют следующие диапазоны частот AF:

ДГ=20 Гц -h 200 кГц.

6.Стабилизация частоты генераторов синусоидальных колебаний

Частота генераторов с самовозбуждением - может изменяться в зависимости от различных факторов, воздействующих на пара­ метры контура и лампы. Такими факторами могут быть колебания температуры, давления, влажности, реакция последующих каска­

дов и т. п.

Для стабилизации частоты генераторов применяются различ­ ные методы. Применение двух резонансных контуров, одного в ка­ честве задающего L\—Сi в цепи сетки, а второго в качестве филь­ трующего L2— С2 — в цепи анода (рис. 69, а) позволяет исключить влияние нагрузки на задающий контур и тем самым повысить ста­ бильность генерируемой частоты.

Наиболее эффективным методом стабилизации частоты гене­ раторов является применение кварцевых резонаторов, которые включаются в цепь контура между анодом и сеткой (рис. 69,6) или между сеткой и катодом (рис. 69,в).

В схемах генераторов на транзисторах кварцевые резонаторы включаются между базой и эмиттером (рис. 69,г), между коллек-

109