4.9.2 Lc-автогенераторы

Существует множество схем LC-генераторов, которые отличаются между собой способами включения колеба­тельного контура и создания ПОС. На рисунке 4.93, а приве­дена схема автогенератора с индуктивной трансформаторной (схема Майснера) ПОС. Скачки напряжения и тока, появляющиеся в контуре L_кC_к при подключении к генератору источника питания Е_к, через обмотку L_б передаются в базовую цепь транзистора VT. Обмотка трансформатора Т включена таким образом, что возникающая при этом переменная составляющая коллекторного тока усиливает переменную составляющую контурного тока т.е. за счет взаимоиндукции М между усилителем и колебательным контуром действует ПОС. Конденсатор С_р предотвращает протекание через контур постоянной составляющей коллекторного тока, а дроссель L_д уменьшает шунтирование контура по переменному току внутренним сопротивлением источника питания Е_к.

Рисунок 4.93 – Схемы транзисторных LC-автогенераторов с индуктивной трансформаторной (а) и автотрансформаторной (б) связью

Баланс амплитуд в автогенераторе с трансформаторной связью достигается выбором необходимого коэффициента взаимоиндукции М (т.е. числа витков катушки L_б), а баланс фаз – правильным выбором концов катушки L_б (при отсутствии генерации следует поменять концы катушки, подключаемые к базе транзистора и общей шине).

Рисунок 4.94 – Обобщенная трехточечная схема автогенератора

Вместо трансформаторной в автогенераторе может использоваться автотрансформаторная обратная связь (рисунок 4.93, б). Такая схема называется трехточечной, так как колебательный контур подключается к усилителю тремя точками. Обобщенная трехточечная схема автогенератора по переменному току показана на рисунке 4.94. Характер элементов Х₁, Х₂ и Х₃ колебательного контура определяется из условий баланса фаз и амплитуд. При этом возможны два случая:

если Х₁ имеет индуктивный характер, то сумма реактивных сопротивлений Х₂ и Х₃ должна носить емкостный характер;

если Х₁ имеет емкостный характер, то сумма реактивных сопротивлений Х₂ и Х₃ должна носить индуктивный характер.

В обоих случаях сопротивление суммы Х₂ + Х₃ должно равняться сопротивлению Х₁.

Характер реактивности элемента Х₂, с которого снимается напряжение ОС, должен быть таким же, как и у элемента Х₁. Только в этом случае ОС будет положительной.

Схему автогенератора, у которого Х₁ и Х₂ – индуктивные катушки, а Х₃ – конденсатор(рисунок 4.93,б), называют индуктивной трехточечной схемой, или индуктивной трехточкой (схемой Хартли). Схему автогенератора, у которого Х₁ и Х₂ – конденсаторы, а Х₃ – катушка индуктивности (рисунок 4.95), называют емкостной трехточечной схемой, или емкостной трехточкой (схемой Колпитца).

Во всех рассмотренных типах автогенераторов ча­стота генерируемых колебаний в основном определяется элементами контура

(4.94)

Для автогенератора, выполненного по емкостной трехто­чечной схеме, под С_к следует понимать емкость С1 х С2/(С1 + С2).

Для построения LC-генераторов гармонических коле­баний удобно использовать интегральные усилители: однокаскадные, дифференциальные, операционные и др. На рисунке 4.96 показан вариант возможной реализации LC-генератора синусоидальных напряжений па интегральном ОУ.

Рисунок 4.95 – Транзисторный LC-автогенератор, выполненный по схеме «емкостная трехточка»

Рисунок 4.96 – Схема LC-автогенератора на ОУ

У

(4.95)

силитель автогенератора охвачен двумя цепями ОС, обеспечивающих режимы балансов амплитуд и фаз. Баланс амплитуд устанавливается цепью отрицательной ОС, содержащей резисторыR₁ и R₂. С ее помощью задается необходимый коэффициент усиления собственно усилителя |К| = R₂/R₁. Баланс фаз обеспечивается цепью положительной ОС, состоящей из последовательно включенных резистора R и параллельного колебательного контура. Коэффициент передачи цепи положительной ОС определяется формулой:

β=R₀/(R₀ + R),

где R₀ — резонансное входное сопротивление параллельного контура.

Упрощенная структурная схема трехточечного автогенератора, построенного на неинвертирующем усилителе, представлена на рисунке 4.97, а. В схеме реактивные элементы z₁, z₂ и z₃ образуют колебательную систему (резонансный контур), с помощью которой создают частотно-зависимую положительную обратную связь. В реальных схемах автогенераторов индуктивности и емкости контуров имеют малые омические потери, поэтому при анализе можно учитывать только их реактивные сопротивления х₁, х₂ и х₃.

а) б) в)

Рисунок 4.97 - Схемы трехточечных автогенераторов: а — структурная, б— индуктивная трехтонка, в — емкостная трехточка

В схеме LC-генератора (рисунок 7, б), известной в радиотехнике под названием индуктивной трехточки, индуктивная ветвь параллельного контура содержит индуктивности L₁ и L₃. Напряжение обратной связи с индуктивности li поступает на неинвертирующий вход ОУ. Поскольку знаки мгновенных значений напряжений на индуктивностях L₁ и L₃ относительно их общей точки соединения одинаковы, то обратная связь будет положительной. В емкостной ветви колебательного контура включен конденсатор С₂.

По аналогии с индуктивной трехточкой можно построить автогенератор с емкостной трехточкой (рисунок 4.97, в). В данной схеме емкостная ветвь колебательного контура содержит конденсаторы С₁ и С₃. Напряжение обратной связи с конденсатора С₁ поступает на неинвертирующий вход усилителя. При таком включении конденсаторов в колебательный контур, полярности мгновенных значений напряжений на их обкладках относительно общей точки соединения одинаковы, поэтому в схеме обратная связь – положительная.

Пример 1. Вычислить, насколько частота колебаний автогенератора на ОУ отклоняется от резонансной частоты колебательного контура (рисунок 4.96), если изменение фазы φ_к = 25°. Контур имеет следующие параметры Q = 50, L = 160 мкГн, С = 160 пФ. Выходное сопротивление ОУ считать равным нулю.

Решение. Известно, что фазовая характеристика параллельного контура вблизи резонансной частоты определяется формулой: φ_к = arctg(2QΔf/f_р), где Δf = f - f_р – абсолютная расстройка. Подставив сюда все заданные значения параметров, находим отклонение частоты: Δf = f_p*tgφ_k/(2Q) = 4500 Гц = 4,5 кГц.