2.Трехточечние схеми автогенераторов.Індуктивная трехточечная схема
Рис. 2 –Индуктивная трехточечная схема
ЕлементиR1,R2,R3C3, як й у попередньої схемою, забезпечують режим роботи з постійному току транзистораVT, вколлекторную ланцюг якого включений коливальний контурL'L «C2. Вихідний сигнал звільняє з колектора транзистораVT (чи з L»), сигналПОС – з котушки L'. Оскільки напруги цих сигналівпротивофазни, то автоматично виконується умова балансу фаз. СигналПОС подається на базу транзистора через розділовийкондер, опір якого на частоті генерації мало. Цейкондер запобігає потрапляння постійної складової в базову ланцюг (через котушку). Загальна точка L' і L'' підключена до джерела харчування, опір якого перемінному току незначно. Умова балансу амплітуд виконують добором числа витківL'L''.
Частота генерації визначається за такою формулою:
Трехточечние схеми називаютьсятрехточечними, оскільки, якщо уважно оцінити схему, контур підключається до трьох висновків транзистора (чи іншогоусилительного приладу). Перша точка – це колектор транзистора – нижній (за схемою) висновок контуру, друга – база – верхній висновок контуру черезкондер С1 й третя точка підключена доемиттеру через джерело харчування, а точніше середній висновок контуру черезкондерС5, загальний провід, ланцюгR3C3 підключено доемиттеру.
3.Емкостная трехточечная схема
Емкостнаятрехточка показано малюнку 3.
Рис. 3 –Ємкостная трехточечная схема
У цій схемі, аналогічно попередньої, режим по постійному току визначають елементиR1,R2,R3,R4C2. Уколлекторную ланцюг транзистора включений контурL1C3C4. СигналПОС звільняє зкондера С4 і крізькондер С1 вступає у базову ланцюг. С1 не пропускає високеколлекторное напруга на базу транзистора. Загальну точкукондеров С3, С4 вважатимуться підключеної до джерела харчування, оскільки його опір перемінному току незначно.
4.Стабизизация частоти
Дуже важливим вимогою, що ставляться до генераторам, є стабільність частотигенерируемих коливань. Нестабільність частоти залежить від багатьох чинників, саме:
1. Зміна оточуючої температури
2. Зміна напруги джерела харчування
3. Механічна вібрація і деформація деталей
4. Шуми активних елементів
Нестабільність частоти оцінюється коефіцієнтом відносної нестабільності:
Існує дві способу стабілізації частоти:
1.Параметрический спосіб стабілізації
2.Кварцевий спосіб стабілізації
За першого способі використовується виготовлення деталей з матеріалів, мало змінюють свої властивості за зміни температури й інших чинників. Використовується екранування і герметизація контурів, висока стабільність джерела харчування, раціональність монтажу та інші. Проте з цією методом не можна забезпечити високу стабільність частоти. Відносний коефіцієнт нестабільності частоти коливається не більше 10-4 – 10-5.
Значно більшої стабільності можна досягнути, якщо застосувати спосіб кварцової стабілізації, заснований на застосуванні кварцевого резонатора.Кварцевие пластини резонатора маютьпьезоелектрическим ефектом, який, якщо хтось забув, буває два види:
1. Прямий п'єзоефект – при розтягненні чи стискуванні кварцової пластини її протилежних гранях виникають рівні за величиною, але протилежні за сигналом електричні заряди, розмір яких пропорційна тиску, а знаки залежить від напрями сили тиску
2. Зворотний п'єзоефект – якщо граням кварцової пластини докласти електричну напругу, то пластина буде стискатися чирасжиматься залежно від полярності докладеної напруги.
Эквивалентная схема кварцевого резонатора показано на рис. 4, а залежність реактивного опору від частоти – на рис. 5.
Рис. 4 –Эквивалентная схема кварцевого резонатора
Рис. 5 – Залежність характеру опору від частоти
Особливо не вдаючись у подробиці теорії ланцюгів, з малюнка 4 видно, що кварц то, можливо еквівалентом як послідовного коливального контуру, і паралельного. І це це випливає з малюнка 5. На частотіf01 відбувається резонанс напруг. Отже, кварцовий резонатор можна включати замістькондера, або замість котушки в контурі. З використанням кварцевого способу стабілізації коефіцієнт відносної нестабільності сягає 10-7 – 10-10.
5.RC-автогенератори
У попередній главі розглядалисяLС-автогенератори. Вони застосовуються на високих частотах. Якщо ж треба генерувати низькі частоти, застосуванняLС-генераторов стає важким. Чому? Все досить легко. Оскільки формула визначення частоти генерування коливань виглядає отако:неважко помітити, що з зменшення частоти необхідно збільшувати ємність іиндуктивность контуру. А збільшення ємності і індуктивності безпосередньовлечет збільшення габаритних розмірів. Інакше кажучи, розміри контуру у своїй будуть гігантськими. А зі стабілізацією частоти справи виглядатимуть ще гірше.
Тому придумали RC-автогенератори, про котрих тут ми бачимо розглянемо.Найпростішим RC-генератором є так звана схема зтрехфазнойфазирующей ланцюжком, яка ще називається схемою з реактивними елементами одного знака. Вона показано на рис. 1.
Рис. 1 –RC-автогенератор з фазовращающей ланцюжком
З схеми видно, що це всього-на-всього підсилювач, між виходом і входом якого включена ланцюг, яка перевертає фазу сигналу на180. Ця ланцюг називаєтьсяфазовращающей.Фазовращающая ланцюжок складається з елементівС1R1,C2R2,C3R3. З допомогою одного ланцюжка зрезика ікондера можна було одержати зрушення фаз лише на90. А реально зрушення виходить близькими до60. Тож отримання зсуву фази на180 доводиться ставити три ланцюжка. З виходу останньоїRC-цепи сигнал подається на базу транзистора.
Робота починається у момент включення джерела харчування.Возникающий у своїй імпульсколлекторного струму містить широкий і безперервний спектр частот, у якому обов'язково буде суттєвим і необхідна частота генерації. У цьому коливання частоти, яку налаштованафазовращающая ланцюг, станутьнезатухающими. Для коливань інших частот умови самозбудження виконуватися ні і вони, відповідно, швидко загасають. Частота коливань визначається за такою формулою:
У цьому необхідно дотримуватися умова:
R1=R2=R3=R З1=З2=З3=З
Такі генератори здатні працювати лише з фіксованою частоті.Крім розглянутої генератора з допомогоюфазовращающей ланцюга є ще цікавий, до речі найбільш уживаний, варіант. Подивимося на рис. 2.
Рис. 2 – Пасивний смугової RC-фильтр з частотно-независимим делителем
Отож, саме ця конструкція є так званий міст Вина-Робинсона, хоча найчастіше зустрічається назва просто міст Провина. Ще деякі грамотії пишуть міст Провина з цими двома «зв».Ліва частину цієї конструкції є пасивний смуговийRC-фильтр, у точці А знімається вихідний напруга. Права частина їсти, ні що інше, якчастотно-независимий дільник. Вважають, щоR1=R2=R,C1=C2=C. Тоді резонансна частота визначатиметься наступним вираженням:У цьому модуль коефіцієнта посилення максимальний дорівнює 1/3, а фазовий зрушення нульової. Якщо коефіцієнт передачі дільника дорівнює коефіцієнта передачіполосового фільтра, то, на резонансної частоті напруга між точками Проте й У дорівнюватиме нулю, аФЧХ на резонансної частоті робить стрибок від -90 до +90. Взагалі само повинен виконуватися умова:
R3=2R4
Звісно, усе як завжди у ідеальному чи наближеному до ідеальному випадках. А реально справа, як відомо, виглядає трохи гірше. Оскільки кожна реальний елемент мосту Провина має розкид параметрів, навіть незначне недотримання умовиR3=2R4 призведе або до наростання амплітуди коливань до насичення підсилювача, або до загасанню коливань чи повної їх неможливості.
А, щоб було зовсім зрозуміло,втулим в міст Провинаусилительний каскад. Для простоти застромимо операційнийусилитетель (ЗУ).
Рис. 3 – Найпростіший генератор з мостом Провина
Взагалі саме так використати цю схему годі, що у будь-якому цьому разі буде розкид параметрів мосту. Тож замістьрезикаR4 вводять якесь нелінійне чи керовану опір. Приміром, нелінійнийрезик, керовану опір з допомогою транзисторів, як польових, і біполярних. НайчастішерезикR4 в мосту заміняютьмикромощной лампою розжарювання, динамічний опір якої зі зростанням амплітуди струму збільшується. Нитка розжарювання має досить великий теплової інерцією, і частотах кілька сотень герц вже немає впливає роботу схеми у межах періоду.
Генератори з мостом Провина мають одним хорошим властивістю: якщорезикиR1 іR2 замінити змінним, але здвоєним, можна регулюватиме у деяких межах частоту генерації. Можна багато йкондери С1 іС2 розбити на секції, можна буде переключатиме діапазони, а здвоєним зміннимрезиком плавно регулювати частоту в діапазонах. З цією, які у танку, майже практична схема генератора з мостом Провина показано малюнку 4.
Рис. 4 –RC-генератор з мостом Провина
Отже, міст Провина утворюютькондериС1-С8, здвоєнийрезикR1 ірезикиR2R3.Переключателем SA1 здійснюється вибір діапазону,резикомR1 – плавна регулювання в обраному діапазоні. ЗУDA2 є повторювач напруги за погодженням з навантаженням. У принципі так, повторювач усунути підсилювачем,ксати тому ж самому ЗУ, ну, а як це зробити, можна почитати