1.3. Схемы lc-генераторов
Классификация схем генераторов производится по ряду признаков. По типу управляемого элемента различают генераторы на биполярных или полевых транзисторах, ламповые, на туннельных диодах, по виду обратной связи — с трансформаторной (индуктивной), автотрансформаторной, емкостной обратными связями, по схеме включения управляемого элемента и контура по отношению к источнику питания — с последовательным и параллельным питанием, по месту расположения контура—в цепи стока (коллектора), затвора (базы) или истока (эмиттера). Рассмотренные LC-генераторы являются транзисторными генераторами с трансформаторной обратной связью, последовательным питанием и контуром в цепи стока (коллектора).
Распространены автогенераторы, в которых напряжение обратной связи снимается с части витков катушки контура (рис. 5.6,а). Коллектор непосредственно и эмиттер через конденсатор СЗ соединяются соответственно с началом и концом катушки контура, а база через конденсатор С1 — с отводом от витка внутри катушки. В связи с этим схему называют трехточечной с автотрансформаторной обратной связью.
Напряжение обратной связи может быть подано с конденсатора С4 делителя напряжения из двух последовательно включенных конденсаторов СЗ и С4 в цепи контура (рис. 5.6,6). Общая емкость конденсаторов кон-
тура С =
С,С4
По отношению к источнику питания
Г" ~^ С"
транзистор и контур L2C3C4 включены параллельно. Следовательно, это — трехточечная схема с емкостной обратной связью и параллельным питанием. Разделительный конденсатор С2 препятствует прохождению постоянного тока по катушке. Катушка L1 обладает достаточно большим индуктивным сопротивлением для переменной составляющей коллекторного тока. Вместо катушки L1 может быть установлен резистор. Однако в таком случае снижается постоянное напряжение коллектора, а резистор шунтирует контур, что вызывает уменьшение его добротности.
Рисунок 5 - Автогенераторы с включением контуров по трехточечным
схемам: а — с автотрансформаторной связью и контуром в цепи коллектора, б — с емкостной связью и контуром в цепи коллектора, в — с емкостной связью и контуром в цепи базы, г — с автотрансформаторной связью и контуром в цепи базы, д — с емкостной связью и общей базой
Введение двух дополнительных элементов L1 и С2 в цепь уменьшает стабильность частоты и надежность генератора, но при этом на элементы контура не поступает постоянное напряжение, проще осуществляется сопряжение генератора с другими устройствами.
Трехточечная схема с емкостным делителем напряжения может быть просто реализована путем включения контура в цепь базы (рис. 5.6, в). Следует, однако, учитывать, что при этом вход транзистора оказывается подключенным параллельно контуру генератора, а резистор R3 — параллельно конденсатору С2. Это снижает добротность контура.
Для постановки демонстрационного эксперимента в школе необходим LC-генератор с периодом колебаний 1—3 с. В качестве катушки контура генератора следует применить размещенную на замкнутом сердечнике катушку на 220 В школьного демонстрационного трансформатора (индуктивность ее порядка 20 Гн), а в качестве конденсатора контура — электролитические конденсаторы емкостью несколько тысяч микрофарад. Добротность контура получается низкой, а поэтому обратная связь в автогенераторе должна быть сильной. Разделительные конденсаторы при столь низкой частоте колебаний применять невозможно. Включение контура в цепь коллектора и создание трансформаторной обратной связи является нежелательным, так как в генераторе возникают релаксационные колебания, связанные с периодическим повторяющимся запиранием транзистора. Предпочтительнее включать контур в цепь базы (рис. 5.6, г). Диод VD устанавливается для защиты эмиттерного перехода от пробоя. Желательно использовать транзистор с высоким коэффициентом передачи тока.
В автогенераторах диапазона метровых и дециметровых волн целесообразнее применять усилительные каскады по схеме с общей базой, обладающие, как известно, в диапазоне высоких, сверхвысоких и ультравысоких частот рядом преимуществ по сравнению с усилителями по схеме с общим эмиттером. При включении транзистора по схеме с общей базой положительная обратная связь может быть создана путем соединения коллектора и эмиттера через конденсатор С4 (рис. 5.6, д).
LC-генератор может быть построен на базе операционного усилителя (рис. 5.7, а). Колебательный контур и резистор R3 образуют делитель выходного напряжения. Приходящееся на контур напряжение подводится к неинвертирующему входу усилителя. На резонансной частоте сопротивление контура является активным, и напряжение обратной связи совпадает по фаз'е с выходным напряжением. На этой частоте в генераторе достигается баланс фаз.
Рис. 57. Схемы автогенераторов на операционном усилителе (а) и двухтактного (б)
Для увеличения выходной мощности могут быть построены двухтактные генераторы (рис. 5.7,6). Управляющие напряжения на базах транзисторов по фазе противоположны. В рассматриваемом варианте схемы они поступают с витков катушки L2.