Лекция 19 (лекции по УГФС), страница 4

Если сопротивление сеточного автосмещения R_С существенно больше эквивалентного сопротивления колебательного контура относительно точек сетка-катод с учётом активного входного сопротивления этого участка схемы АГ, то блокировочная индуктивность L_БЛ и ёмкость С_С из схемы могут быть исключены, что и отражено в схемах рис.19.12 и рис.19.13.

Во всех рассмотренных выше схемах одноконтурных ламповых АГ при пренебрежении потерями в элементах контура, что практически всегда допустимо, и пренебрежении сеточным током, что также в подавляющем большинстве случаев допустимо в силу, как правило, малой мощности АГ и поэтому работе лампы с малыми сеточными токами, коэффициент обратной связи (19.17) – (19.20) оказывается практически вещественной величиной, так что можно с большой точностью считать фазовый угол

≈ 0.

Так как, если не учитывать пролётные явления, также можно считать фазовый угол
≈ 0, то баланс фаз (19.14) выполняется при ≈ 0, то есть частота автоколебаний незначительно будет отличаться от резонансной частоты контура.

Рассмотренные выше схемы ламповых АГ имеют заземлённый катод (здесь, в первую очередь, мы имеем ввиду заземление по высокой частоте, хотя в представленных схемах катод заземлён и по постоянному току). На практике находят применение также схемы АГ с заземлённым по высокой частоте анодом и с заземлённой по высокой частоте сеткой. При этом по постоянному току эти электроды (анод или сетка соответственно) не обязательно должны быть заземлены.

Очевидно, принцип работы АГ и основные соотношения, описывающие процессы в нём, не меняются от того, какой электрод лампы заземлён. От этого зависит только, ёмкости каких электродов на землю (экран, корпус) оказываются подключенными параллельно тем или иным участкам контура. Например, при заземлённом катоде параллельно участку контура анод-катод подключается ёмкость анода на землю (экран, корпус). В случае заземлённого анода параллельно тому же участку контура подключается ёмкость цепи катода на землю (экран, корпус). Целесообразно применять ту схему, у которой паразитные ёмкости электродов на землю (экран, корпус) меньше, что облегчает конструирование АГ с требуемыми параметрами и увеличивает стабильность частоты его автоколебаний.

Помимо сказанного выше, при определении электрода для заземления следует ещё стремиться к тому, чтобы можно было соединить с землёю (экраном, корпусом) ротор конденсатора переменной ёмкости и один из концов катушки индуктивности контура. При заземлении элементов контура облегчается их монтаж, а также получаются меньше паразитные ёмкости монтажа. Кроме того, при выборе электрода для заземления необходимо учитывать удобство охлаждения АЭ – генераторного прибора, что особенно важно в случае мощных ламповых АГ.

Н
а рис.19.14 представлены возможные схемы АГ с заземлённым анодом соответственно с автотрансформаторной (рис.19.14,а) и с ёмкостной (рис.19.14,б) обратной связью. По постоянному току у схем заземлён катод.⁹

В схемах (рис.19.14) заземлён один конец катушки индуктивности контура, а в схеме (рис.19.14,а) также заземлён ротор конденсатора переменной ёмкости.

В схеме (рис.19.14,б) применено комбинированное автосмещение: за счёт катодного тока (цепь R_K , C_K) и сеточного тока (цепь R_С , C_С).

Любая из рассмотренных выше схем ламповых АГ (рис.19.5)–(рис.19.8), (рис.19.10) – (рис.19.14) может быть реализована на многосеточной лампе: тетроде или пентоде. Схему необходимо только дополнить цепью питания второй сетки, как это делается в ГВВ.

П омимо однотактных схем АГ могут быть построены двухтактные схемы, которые удобны при работе на симметричную нагрузку, например, двухпроводный фидер. На рис.19.15 представлена схема двухтактного АГ с автотрансформаторной обратной связью.

Одноконтурные транзисторные автогенераторы

Транзисторные АГ обладают рядом особенностей, обусловленных физической природой процессов в транзисторе. Главная из этих особенностей – инерционные процессы, причина которых – конечное время прохождения неосновных носителей через базу транзистора. Если в подавляющем большинстве случаев процессы в ламповых АГ можно анализировать с помощью статических ВАХ, то применительно к транзисторным АГ дело обстоит иначе. Здесь диапазон частот, где справедлив анализ с помощью статических ВАХ, составляет всего несколько процентов от диапазона рабочих частот транзистора. Эти частоты условно называют низкими. На более высоких частотах проявляются инерционные свойства транзистора и анализировать процессы в нём приходится с помощью эквивалентных схем, учитывающих эти свойства. Главное следствие инерционных свойств состоит в том, что модуль крутизны коллекторного тока, входное и выходное сопротивления уменьшаются с ростом частоты по сравнению со значениями, рассчитанными по статическим ВАХ, а фаза крутизны коллекторного тока растёт, достигая –90° и более (до –120°…–140°). Например, если не учитывать влияние проходной ёмкости (ёмкости перехода коллектор-база), то при включении транзистора по схеме с общим эмиттером крутизна коллекторного тока определяется соотношением

(19.21)

где S₀ – статическая крутизна коллекторного тока (определяется по статическим ВАХ);¹⁰
f_S – круговая частота, при которой модуль статической крутизны коллекторного тока S уменьшается в раз по сравнению с S₀. С определённой точностью можно считать
f_S ≈ f_β, где f_β – частота, на которой модуль коэффициента передачи по току транзистора при включении с общим эмиттером β уменьшается в раз по сравнению со статическим коэффициентом β₀.¹¹

При f >> f_S

.

Согласно (19.21) при f ≈ 0,017f_S фаза крутизны коллекторного тока ≈ –1°.

Таким образом, если в ламповом АГ можно практически не считаться с фазой средней крутизны анодного тока, то в транзисторном АГ с повышением частоты необходимо учитывать фазу средней крутизны коллекторного тока.

С ледует отметить и такую важную особенность транзисторных АГ: для возникновения автоколебаний рабочая точка транзистора должна находиться в начальный момент в активной области семейства статических ВАХ, а именно в начале прямолинейного участка статической характеристики i_K = f(e_Б), для чего на базу транзистора необходимо подать постоянное напряжение смещения Е_Б0, открывающее эмиттерный переход (рис.19.16). По мере установления колебаний рабочая точка (РТ) перемещается в область установившегося режима работы АГ.

Напомним, что в случае ламповых АГ начальное автосмещение равно нулю при использовании сеточного автосмещения или небольшому отрицательному напряжению при использовании комбинированного автосмещения за счёт сеточного и катодного токов, которое несколько закрывает лампу, обеспечивая её безопасность на начальном этапе самовозбуждения АГ (см.рис.19.4).

На низких частотах, когда для анализа транзисторного АГ можно использовать статические ВАХ, соотношения для самовозбуждения и установившегося режима транзисторного АГ мало чем будут отличаться от соответствующих соотношений лампового АГ. При этом коэффициент обратной связи в транзисторном АГ определяется как отношение комплексных амплитуд напряжений, действующих между базой и эмиттером и коллектором и эмиттером :

.

На высоких частотах, когда необходимо учитывать инерционные свойства транзистора, принимая подходящую схему замещения транзистора, для каждой конкретной схемы АГ можно получить соотношения для установившегося режима и условие самовозбуждения, исходя из общих выражений (19.1) – (19.5), (19.7), полученных на основании единой эквивалентной схемы АГ.

Т ранзисторные АГ могут быть построены по тем же схемам, что и ламповые, то есть с трансформаторной, автотрансформаторной и ёмкостной обратной связью. На «низких» частотах коэффициент обратной связи транзисторного АГ определяется аналогичными соотношениями как в ламповых АГ. При этом остаются в силе все те особенности схем, что были отмечены выше при обсуждении ламповых АГ. В любой схеме транзисторного АГ коэффициент включения контура p < 1.

Как и ламповые АГ, транзисторные АГ могут быть построены с заземлением по высокой частоте любого электрода транзистора. Выбор электрода для заземления определяется теми же соображениями, что и в ламповых схемах.

Возможные варианты схем транзисторных АГ показаны на рис.19.17 при включении транзистора с общим эмиттером. Соответственно, схема (рис.19.17,а) – схема с трансформаторной обратной связью, схема (рис.19.17,б) – схема с автотрансформаторной обратной связью, схема (рис.19.17,в) – схема с ёмкостной обратной связью.

В о всех схемах по высокой частоте заземлён эмиттер. Напряжение смещения, задающее начальную рабочую точку (момент t₀), подаётся от источника коллекторного напряжения через делитель из сопротивлений R₁, R₂. Автоматическое смещение в процессе работы АГ создаётся за счёт цепи эмиттерного смещения R_Э, С_Э и базового смещения за счёт протекания постоянной составляющей базового тока I_Б0 через параллельное соединение сопротивлений R₁, R₂.

В представленных схемах (рис.19.17) показано использование транзисторов n-p-n типа. Аналогично выполняются схемы на транзисторах p-n-p типа. Отличие только в полярности источника коллекторного питания относительно электродов транзистора. Как и в ГВВ, в транзисторных АГ наиболее широко применяются транзисторы n-p-n типа.

Н а рис.19.18 показаны схемы одноконтурных транзисторных АГ с автотрансформаторной и ёмкостной обратной связью с заземлённой базой. В схемах (рис.19.18,а, б) база заземлена как по высокой частоте, так и по постоянному току. Начальное смещение подаётся от отдельного источника -Е_Б.

В схеме (рис.19.18,в) база по высокой частоте заземлена, а по постоянному току изолирована от земли за счёт присоединения к резистору R₂. Начальное смещение в схеме создаётся за счёт источника коллекторного питания с помощью делителя из сопротивлений R₁, R₂. В схемах (рис.19.18,а, б) применено параллельное питание коллектора, а в схеме (рис.19.18,в) – последовательное питание коллектора. Очевидно, в схемах АГ с автотрансформаторной обратной связью (рис.19.18,а) и с ёмкостной обратной связью (рис.19.18,б) может быть также реализовано последовательное питание коллектора как в схеме (рис.19.18,в). Как и в ламповом варианте, для повышения стабильности частоты автоколебаний предпочтительна схема последовательного питания коллектора. Она требует также меньшего числа элементов. Однако при осуществлении последовательного питания коллектора в схемах (рис.19.18,а, б), как и в схеме (рис.19.18,в), параллельно части контура будет подключаться блокировочный дроссель L_БЛ в цепи эмиттера.

О
чевидно, любая из рассмотренных схем транзисторных АГ может быть реализована в двухтактном исполнении.

На рис.19.19 представлена схема транзисторного АГ, часто называемая схемой с контуром между коллектором и базой, которая нашла широкое применение на высоких частотах, когда необходимо учитывать фазу средней крутизны коллекторного тока. В этой схеме, как будет показано в следующей лекции, может быть обеспечена автоматическая компенсации фазы средней крутизны коллекторного тока. Контур образован ёмкостями С₁, С₂ и индуктивностью L_К. Вместо ёмкости контура С₂ может быть разделительная ёмкость. Между коллектором и эмиттером включена ёмкость обратной связи С_КЭ. Иногда между базой и эмиттером также включается ёмкость С_БЭ для лучшей компенсации фазы средней крутизны коллекторного тока. В представленной схеме заземлён коллектор как по постоянному току, так и по высокой частоте. Очевидно, может быть другое исполнение схемы. Начальное смещение задаётся от источника коллекторного питания с помощью делителя из сопротивлений R₁, R₂. В установившемся режиме АГ смещение обеспечивается за счёт эмиттерного, базового токов и источника коллекторного питания, у которого в представленной схеме с землёю (корпусом) соединён положительный полюс.