Схемы автогенераторов. Общий принцип стабилизации частоты колебаний (стр. 1 из 3)
Реферат
На тему: «СХЕМЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ. ОБЩИЙ ПРИНЦИПСТАБИЛИЗАЦИИ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ»
Содержание
1. Схемы автогенераторов
2. Задача стабилизации частоты автогенератора
Библиографический список
1. Схемы автогенераторов
Автогенератор с автотрансформаторной обратной связью
Схема генератора представлена на рисунке 1
Рис. 1 Автогенератор с автотрансформаторной ОС
В этой схеме индуктивность LБЭ по переменному току включена между базой и эмиттером, индуктивность LКЭ – между коллектором и эмиттером, а емкость СК – между коллектором и базой. Таким образом, правило построения индуктивной трехточки выполнено и, значит, выполняется фазовое условие самовозбуждения. Конденсатор СБ предотвращает непосредственную связь источника ЕК с базой транзистора по постоянному току. Конденсатор СБЛ шунтирует источник питания по переменному току, исключая потери энергии на его внутреннем сопротивлении. Конденсатор СР разделяет генератор и его нагрузку по постоянному току.
Амплитудное условие самовозбуждения достигается выбором
где КРЕЗ = S p2RЭ0 – коэффициент усиления на резонансной частоте контура;
S – крутизна проходной характеристики в рабочей точке, определяемой величиной начального смещения на эмиттерном переходе;
– коэффициент включения контура в коллекторную цепь;
RЭ0 = rQ – резонансное сопротивление контура.
Коэффициент обратной связи на резонансной частоте
(8.43)Это же соотношение можно получить, используя выражения (8.40) и (8.41), полученные для обобщенной схемы трехточечного автогенератора
Частота генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса фаз jS + jОС + jZ = 0.
Если jS = 180°, jОС = 180°, то jZ = 0 и частота генератора
(8.44)При рассмотрении схемы не учитывались паразитные параметры – междуэлектродные емкости и инерционность усилительного элемента. Поэтому коэффициент обратной связи оказался независимым от частоты, что справедливо при относительно невысоких частотах (в половину меньших граничной частоты транзистора). С повышением частоты схема замещения автогенератора усложняется, и коэффициент обратной связи должен рассматриваться с учетом перечисленных факторов.
Амплитуда генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса амплитуд
Регулировка амплитуды колебаний производится изменением величины коэффициента обратной связи b, т. е. точки подключения эмиттера к контуру по переменному току. Кроме того, для осуществления плавной регулировки b необходимо, чтобы контурная катушка имела не менее 20 витков и однослойную намотку.
Достоинства схемы заключаются в возможности применения в диапазоне весьма высоких радиочастот (УКВ).
Недостатком автогенератора является невозможность заземлить ротор конденсатора переменной емкости.
Автогенератор с емкостной обратной связью
Схема генератора представлена на рисунке 2
В этой схеме контур составлен из элементов LK, CКЭ, СБЭ, причем между базой и эмиттером включена емкость СБЭ, между коллектором и эмиттером – емкость СКЭ, а между коллектором и базой – индуктивность LК, значит правило построения емкостной трехточки выполнено, чем гарантировано выполнение фазового условия самовозбуждения.
Рис. 2 Автогенератор с емкостной обратной связью
Последовательное питание коллекторной цепи в емкостной трехточке реализовать не удается ввиду того, что нет пути протекания постоянному току через контур. Поэтому применено параллельное питание, включающее элементы фильтра СБЛ, СР1 и LДР.
Амплитудное условие самовозбуждения достигается выбором
где КРЕЗ = S p2RЭ0 – коэффициент усиления на резонансной частоте контура;
S – крутизна проходной характеристики в рабочей точке, определяемой величиной начального смещения на эмиттерном переходе, обеспечиваемым базовым делителем RБ1, RБ2;
– коэффициент включения контура в коллекторную цепь;
RЭ0 = rQ – резонансное сопротивление контура.
Коэффициент обратной связи на резонансной частоте контура
Частота генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса фаз, и пока транзистор можно считать безынерционным, примерно равна резонансной частоте контура
где
Для регулировки частоты колебаний ставится конденсатор переменной емкости СК параллельно катушке контура, тогда
Амплитуда генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса амплитуд
Регулировка амплитуды колебаний осуществляется изменением величины b, т. е. изменением емкостей СБЭ, либо СКЭ. Катушка контура не должна иметь отводов (должна быть многослойной или с малым числом витков).
Достоинства схемы заключаются в возможности плавной регулировки амплитуды колебаний и использовании автогенератора в диапазоне весьма высоких радиочастот (КВ и УКВ).
Недостатками являются необходимость применения параллельного питания коллекторной цепи и невозможности заземления ротора конденсатора переменной емкости СК.
RC-генераторы
RC-генератором называют генератор гармонических колебаний, в котором вместо колебательной системы, содержащей элементы L и С, применяется резистивно-емкостная цепь (RC-цепь), обладающая частотной избирательностью.
Исключение из схемы катушек индуктивности позволяет существенно уменьшить габариты и массу генератора, особенно на низких частотах, так как с понижением частоты резко увеличиваются размеры катушек индуктивности. Важным достоинством RC-генераторов по сравнению с LC-генераторами является возможность их изготовления по интегральной технологии. Однако RC-генераторы имеют низкую стабильность частоты генерируемых колебаний, обусловленную низкой добротностью RC-цепей, а также плохую форму колебаний в силу плохой фильтрации высших гармоник в спектре выходного колебания.
RC-генераторы могут работать в широком диапазоне частот (от долей герца до десятков мегагерц), однако нашли применение в аппаратуре связи и измерительной технике преимущественно на низких частотах.
Основы теории RC-генераторов были разработаны советскими учеными В. П. Асеевым, К. Ф. Теодорчиком, Э. О. Сааковым, В. Г. Криксуновым и др.
RC-генератор обычно включает в себя широкополосный усилитель, выполненный на лампе, транзисторе или интегральной схеме и RC-цепь обратной связи, обладающую избирательными свойствами и определяющую частоту колебаний. Усилитель компенсирует потери энергии в пассивных элементах и обеспечивает выполнение амплитудного условия самовозбуждения. Цепь обратной связи обеспечивает выполнение фазового условия самовозбуждения только на одной частоте. По виду цепи обратной связи RC-генераторы делятся на две группы:
1) с нулевым фазовым сдвигом в цепи обратной связи;
2) со сдвигом фазы в цепи обратной связи на 180°.
Для улучшения формы генерируемых колебаний в RC-генераторах применяют элементы, обладающие нелинейностью, которые ограничивают нарастание амплитуды колебаний. Параметры такого элемента изменяются в зависимости от амплитуды колебаний, а не от их мгновенных значений (терморезистор, сопротивление которого зависит от степени нагрева проходящим через него током). При таком ограничении форма колебаний не меняется, они остаются гармоническими и в стационарном режиме.
Рассмотрим оба типа RC-автогенераторов.
Автогенератор со сдвигом фазы на 180° в цепи обратной связи.
Такой автогенератор еще называют автогенератором с трехзвенной цепью RC.
В схемах RC-генераторов со сдвигом фазы в цепи обратной связи на 180° используются усилители, инвертирующие фазу входного напряжения. В качестве такого усилителя может, например, использоваться операционный усилитель с инвертирующим входом, однокаскадный усилитель или многокаскадный усилитель с нечетным числом инвертирующих каскадов.
Для того, чтобы выполнялось уравнение баланса фаз, цепь обратной связи должна обеспечить фазовый сдвиг jОС = ±180°.
Для обоснования структуры цепи обратной связи воспроизведем фазочастотные характеристики простейших RC-звеньев (рис. 3,4).
