7.9.Связанные контуры

первом контуре протекает ток I1, наводящий в катушке индуктив-

ности L1, переменное магнитное поле, которое создает в катушке

L2 ЭДС взаимоиндукции. Под её воздействием во втором контуре

появляется ток I2, создающий около катушки L2 переменное маг-

нитное поле, которое в свою очередь наводит ЭДС взаимоиндук-

ции в первом контуре. Так как катушки L1 и L2 находятся на неко-

тором расстоянии друг от друга, то часть магнитных силовых ли-

ний катушки L1 замыкается в окружающем пространстве, не

достигаякатушкиL2. Степеньвлиянияконтуровдругнадругаоце-

ниваетсякоэффициентомсвязиRсв, которыйдлясхемы, изображён-

ной на рис. 7.41, определяется по формуле

Rсв = M /

L1L2 ,

(7.50)

где М — коэффициент взаимоиндукции.

Крометрансформаторнойсвязиприменяютавтотрансформатор-

ную, ёмкостную, гальваническую ( через общее сопротивление по-

стоянному току ) и сложную состоящую, из разных видов связи од-

новременно.

На рис. 7.42 приведены резонансные кривые двух связанных кон-

туров при различных коэффициентах связи. Из этих кривых видно,

что характер изменения тока

вовторомконтурезависитне

толькоотчастотытокавпер-

вом контуре, но и от коэффи-

циента связи, значение кото-

рого зависит от расстояния

междукатушкамиL1, L2 иих

взаимного расположения.

При приближении частоты

источникаксобственнойчас-

тоте первого контура ток в

нём увеличивается, и ток рез-

корастёткакврезультатеуве-

личенияЭДС, такиуменьше-

ния сопротивления второго

контура. Поэтому зависи-

мость тока во втором конту-

Рис. 7.42. Резонансные кривые двух свя-

ре и напряжения на его эле-

занных контуров при различных коэф-

ментах от частоты имеет ха-

фициентах связи

177

рактер острой резонансной кривой, получающейся лишь при малой

величине коэффициента связи контуров. Присильнойсвязиконтуры

вносят в друг в друга дополнительные сопротивления, так называе-

мые вносимые сопротивления, причём не только активные, но и реак-

тивные расстраивающие контуры, в результате чего их резонансные

кривые изменяются и принимают двугорбый вид. Значение коэффи-

циента связи, при котором максимум резонансной кривой достигает

наибольшего значения, но резонансная кривая ещё одногорбая и её

вершинаоказываетсянесколькоприплюснутой,называюткритическим.

7.10. Автогенераторы типа LC

Схема автогенератора с индуктивной (трансформаторной) ОС

приведена на рис. 7.43. При включении источника питания кол-

лекторной цепи транзистора возникает ток коллектора, который

заряжает конденсатор колебательного контура. После заряда кон-

денсатор разряжается на катуш-

ку. В результате в контуре LкCк

возникают свободные колеба-

ния с частотой fр = 1/2π, индук-

тирующеевкатушкесвязиLc пе-

ременное напряжение тойжеча-

стоты, с которой происходят

колебаниявконтуре. Этонапря-

жениевызываетпульсациютока

коллектора. Переменнаясостав-

Рис. 7.43. Схема автогенератора с

ляющая этого тока восполняет

потериэнергиивконтуре, созда-

индуктивной ОС

ваянанёмусиленное транзисто-

ром переменное напряжение.

Незатухающие колебания в контуре автогенератора установятся

лишь при выполнении условий баланса фаз и баланса амплитуд.

В схеме (рис. 7.43) на базу транзистора подаётся начальное на-

пряжение смещения Есм = ЕR2 с делителя R1R2.

Электропитание автогенераторов

Различают схемы автогенераторов с последовательным и с парал-

лельным питанием. Схема (рис. 7.43) с последовательным питанием,

178

т.к. транзистор и колебательный

контур LкCк по отношению к ис-

точникуЕКвключеныпоследова-

тельно и через них проходит по-

стоянная составляющая кол-

лекторного тока. В этой схеме

приближениерукикконтуруLкCк

(напримерпринастройке) влияет

на его ёмкость, а следовательно,

и на частоту. Однако схема авто-

Рис. 7.44. Схема автогенератора с

генератора с последовательным

параллельным питанием

питаниемсодержитменьшеечис-

ло блокировочных элементов (конденсаторов, дросселей).

Всхемеавтогенератораспараллельнымпитанием(рис. 7.44) тран-

зистор, колебательный контур LкCк и источник питания ЕК включе-

ны параллельно. Принцип действия генератора, собранного по этой

схеме, аналогиченсхемеспоследовательнымпитанием. Разделениепе-

ременной и постоянной составляющих коллекторного тока достига-

ется заградительным дросселем Lз и конденсатором Cр. Переменная

составляющаяколлекторноготока, длякоторойдроссельпредставля-

ет большее, а конденсатор Cр малое сопротивление, в основном про-

ходитчерезтранзисториконтур, восполняяпотериэнергиивнём. Если

бы в схеме не было дросселя Lз, то переменная составляющая тока,

замыкаясьчерезисточник, непоступалабывконтуривозникновение

колебанийбылобыневозможно. Приотсутствиивсхемеконденсато-

раCр постоянныйтокотисточникаЕк, замыкаясьчерездроссельLз и

катушкуLк, могбызаметновозрастатьивызыватьперегрузкуисточ-

ника и недопустимый нагрев катушек Lз и Lк.

7.11. Трёхточечные автогенераторы

Помимо рассмотренных выше схем автогенераторов широкое

применениеполучилитрёхточечныесхемысиндуктивнойавтотран-

сформаторной (рис. 7.45) и ёмкостной (рис. 7.46) обратной связью.

В этих схемах колебательный контур подключается к электродам

транзистора тремя точками Э, Б, К. Элементы контура к электро-

дамтранзисторадолжныподключатьсятак, чтобывыполнялосьус-

ловиебалансафаз. Дляэтогоэмиттернеобходимоподключитьмеж-

ду базой и коллектором.

179

В автотрансформаторной схе-

месиндуктивнойобратнойсвязью

(рис. 7.45) напряжение ОС снима-

ется с части витков связи Lс кон-

турной катушки Lк, которые зак-

лючены между эмиттером и базой

транзистора, и через конденсатор

С1 подаётся на его базу. Мгновен-

ные значения напряжений на ка-

тушкахLс иLК относительноточки

Рис. 7.45. Схема АГ с автотранс-

подключения контура к эмиттеру

форматорной связью

противоположны по фазе (сдвину-

тыпофазена180°). Врезультатеус-

танавливается положительная ОС и обеспечивается выполнение ус-

ловия баланса фаз. Условие баланса амплитуд удовлетворяется под-

боромчиславитковсвязикатушкиконтура, т.е. изменениемвеличины

ОС. Недостатком данной схемы является скачкообразное изменение

напряжения ОС при изменении числа витков связи.

В схеме с ёмкостной ОС (рис. 7.46) резонансный колебательный

контур образован конденсаторами С1 С2 и катушкой LК. Напря-

жение ОС снимается с конденсатора С2. Условие баланса фаз в схе-

ме удовлетворяется, поскольку мгновенные значения напряжения

на конденсаторах в противофазе. Условие баланса амплитуд обес-

печивается подбором величины ёмкости конденсатора С2. При её

увеличении ОС уменьшается. Настройку контура генератора удоб-

но выполнять конденсатором переменной ёмкости СК, включа-

емым параллельно катушке

контура. Включение в контур

последовательносLКконденса-

тора С3 обеспечивает повыше-

ние стабильности частоты гене-

ратораприизмененияхтемпера-

туры и напряжения источника

питания. Рабочий режим тран-

зистора по постоянному току и

его термостабилизация уста-

навливаются в приведённых

Рис. 7.46. Автогенератор по схеме

схемах с помощью делителя

«ёмкостная трёхточка»

R1R2 и резистора R3.

180

7.12. Автогенератор

типа RC

Автогенераторы типа LC хорошо работают на высоких часто-

тах(радиочастотах). Длягенерирования низких частот(звуковыхи

ультразвуковых) применениеколебательныхконтуровLC становит-

ся затруднительным из-за необходимости применения ёмкостей и

индуктивностей очень больших значений и размеров. Этого недо-

статка лишены автогенераторы

типа RC, в которых вместо коле-

бательных контуров использу-

ются цепи, состоящие из резис-

торов и конденсаторов. На

практике применяется автоге-

нератор типа RC (рис. 7.47).

Нагрузкой здесь является ак-

тивноесопротивлениеRк, апо-

ложительная обратная связь

осуществляется с помощью

трёхзвенной RC цепочки. По-

скольку транзистор изменяет

Рис. 7.47. Схема автоколебательного

фазу напряжения на 180°, цепь

RC-генератора

положительной обратной связи

должна обеспечивать дополнительный сдвиг фазы на 180°. Для этого

необходимо иметь не менее трёх звеньев RC цепочки, так как каждое

звеноможетсоздаватьсдвигфазы, меньший90°. Частота, накоторой

возможна генерация в данной схеме:

ωр =

6 / LC.

7.51

Длявыполненияусловиябалансаамплитудкоэффициентобрат-

ной связи должен быть равен β ≈ 1/h21, где h21 — коэффициент уси-

ления по току транзистора, включённого по схеме с ОЭ.

Следовательно,частотагенерацииопределяетсяпараметрамиRCце-

почки. Подбор сопротивлений R и ёмкостей C не имеет жёстких огра-

ничений. В схеме на одном транзисторе генерация затруднена вслед-

ствиесильногорассогласованиявходногоивыходногосопротивлений

каскада на транзисторе. Целесообразно применять составной транзис-

тор, обеспечивающий высокоевходноесопротивление усилителя.

Чтобы улучшить форму колебаний, т.е. сделать её более близ-

кой к синусоидальной, используют RС-генераторы, основой кото-

рых является операционный усилитель, охваченный цепью отри-

181