Лекция 22 (лекции по УГФС), страница 5

так как реактивное сопротивление контура х_{oe КОНТ}, учитываемое в квадрате, возрастает заметнее, чем активная составляющая сопротивления контура r_{oe КОНТ}. Кроме того, активная составляющая эквивалентного сопротивления КвР r_oe при этом уменьшается, стремясь к r_К, так как частота автоколебаний стремится к частоте последовательного резонанса КвР ω₁. Указанные выше зависимости сопротивлений от частоты представлены на рис.22.10.

Рост R_oe приводит к уменьшению амплитуды импульсов анодного или коллекторного тока, к увеличению напряжённости режима, а следовательно, и к уменьшению постоянной составляющей I₀ анодного или коллекторного тока.

В схемах (рис.22.8,б), эквивалентных двухконтурному АГ с общим анодом (ОА) (общим коллектором – ОК), автоколебания возможны, если резонансная частота контура ω_КОНТ меньше частоты последовательного резонанса ω₁ КвР. Автоколебания происходят на верхней частоте связи ω_В колебательной системы АГ, заключенной между частотами ω₁… ω₀, не совпадая ни с одной из них: вблизи частоты ω₁ мало реактивное сопротивление КвР (рис.22.6,б) и не выполняется баланс фаз, а вблизи частоты ω₀ велико активное сопротивление КвР и не выполняется условие самовозбуждения АГ.

На рис.22.11 показаны зависимости частоты автоколебаний ω, тока в контуре I_КОНТ и постоянной составляющей I₀ анодного или коллекторного тока при изменении частоты настройки контура ω_КОНТ или ёмкости контура С_К.

При увеличении ёмкости контура С_К, то есть при понижении резонансной частоты контура ω_КОНТ, резонансная частота контура отклоняется от частоты автоколебаний и ток в контуре I_КОНТ уменьшается. Эквивалентное сопротивление колебательной системы АГ

при увеличении ёмкости контура С_К падает, так как реактивное сопротивление контура
x_{oe КОНТ} резко уменьшается при отклонении от резонансной частоты контура. Сказанное поясняется зависимостями рис.22.12.

Уменьшение R_oe приводит к увеличению импульсов анодного или коллекторного тока, уменьшает напряжённость режима работы лампы или транзистора и, следовательно, увеличивает постоянную составляющую I₀ анодного или коллекторного тока.

В рассмотренных схемах КАГ (рис.22.8) контур настраивают в рабочем режиме примерно на среднюю частоту участка автоколебаний. Настраивать контур на частоту ω_КОНТ вблизи максимального значения тока в контуре не рекомендуется, так как незначительное изменение ёмкости контура С может привести к срыву автоколебаний. Кроме того, в этой области велико значение , то есть мала стабильность частоты автоколебаний.

П ри использовании схем (рис.22.8) в качестве гармониковых КАГ предпочтение следует отдать схемам (рис.22.8,б), в которых контур на частоте автоколебаний должен иметь ёмкостную реакцию. Будучи настроенным на частоту вблизи нужной гармоники, контур имеет индуктивную реакцию на всех низших гармониках, включая и основную частоту КвР, что делает невозможным самовозбуждение схемы на низших гармониках и основной частоте. В схемах (рис.22.8,а) контур на частоте автоколебаний должен иметь индуктивную реакцию. Будучи настроен на частоту вблизи желаемой гармоники, контур имеет индуктивное сопротивление и на всех низших гармониках, на которых схема легче возбуждается. Для устранения этого недостатка используют контур с неполным включением 3-го вида (подключение со стороны ёмкостной ветви). Возможный вариант схемы гармоникового КАГ с таким контуром показан на рис.22.13.

Контур третьего вида имеет индуктивную реакцию лишь в интервале между частотами его последовательного и параллельного резонансов. Ветвь контура L_К, С_К2 (рис.22.13) должна иметь резонансную частоту выше всех нежелательных гармоник, тогда контур на этих гармониках будет иметь ёмкостное сопротивление и баланс фаз не будет выполняться.

Достоинством осцилляторных схем КАГ является их простота. Схемы принципиально не могут возбуждаться, если кварцевая пластина не проявляет явление пьезоэффекта. Поэтому, если КвР изъять из схемы или заменить его ёмкостью, например, равной по величине статической ёмкости резонатора С₀, или закоротить резонатор, то в правильно выполненной схеме автоколебания не возникнут. Если в схеме существуют автоколебания, то кварц принимает участие в работе схемы и этим гарантируется стабильность частоты имеющихся автоколебаний. Однако возможность осцилляторных схем генерировать в некотором интервале частот между резонансными частотами КвР при изменении параметров элементов схемы является их недостатком. Поэтому осцилляторные схемы целесообразно применять в тех случаях, когда к стабильности частоты автоколебаний не предъявляется повышенных требований, а главное – простота и экономичность.

В осцилляторных схемах используются сравнительно низкие гармоники: третья, пятая, но не выше седьмой. Возможность возбуждения на более высоких механических гармониках ограничивается вредным влиянием статической ёмкости С₀, а также межэлектродных и монтажных ёмкостей, шунтирующих КвР. Практически осцилляторные схемы с возбуждением на гармониках применяют на частотах до 30…50 МГц. На частотах выше 50 МГц без компенсации статической ёмкости практически не удаётся получить индуктивную реакцию КвР.

П ример осцилляторной схемы гармоникового КАГ с компенсацией статической ёмкости КвР показан на рис.22.14. Схема не может возбудиться, если кварцевая пластина не проявляет явление пьезоэффекта, то есть КвР ведёт себя как ёмкость С₀, так как, во- первых, без подключения компенсирующей индуктивности L_КОМП не выполняется условие индуктивной трёхточки; во-вторых, участок база – эмиттер шунтируется цепью L_КОМП, С₀, настроенной на частоту интересующей гармоники. Если же явление пьезоэффекта проявляется на частоте интересующей гармоники, то результирующее сопротивление ветви L_КОМП, КвР носит индуктивный характер и процесс автоколебаний в схеме происходит с участием кварца. Влияние L_КОМП на частоту автоколебаний во много раз меньше, чем влияние динамической индуктивности кварцевой пластины, величина которой, как отмечалось, не зависит от номера гармоники и лежит в пределах от десятых долей до единиц генри.

Фильтровые схемы КАГ

Однокаскадные трёхточечные схемы КАГ могут быть не только осцилляторными, но и фильтровыми. В таких схемах КвР (вместе с подстроечным элементом) ведёт себя на рабочей частоте как активное сопротивление. Автоколебания в фильтровых схемах возможны и без проявления кварцевой пластиной резонатора явления пьезоэффекта, в частности, при коротком замыкании КвР, а часто и при замене КвР в схеме конденсатором с ёмкостью С₀. При изъятии КвР из схемы и разрыве таким образом цепи автоколебания в схеме не возникают.

Фильтровые трёхточечные схемы могут быть построены как на основе ёмкостной трёхточки, так и индуктивной трёхточки. Однако применение индуктивной трёхточки в ряде случаев затруднено из-за большого влияния высших гармонических составляющих тока генераторного прибора и склонности к паразитному самовозбуждению.⁷

На рис.22.15 представлены возможные варианты фильтровых схем КАГ на основе ёмкостной трёхточки при использовании транзисторов. Аналогично могут быть выполнены схемы на основе индуктивной трёхточки,⁸ а также при использовании ламп. Для понимания сути схем на рис.22.15 показаны их эквивалентные аналоги по высокой частоте. Некоторые основные принципиальные схемы будут рассмотрены ниже.

Ф ильтровые схемы (рис.22.15) классифицируются по месту включения КвР и, соответственно, носят названия:

а) с кварцем между эмиттером и контуром (между катодом и контуром). Схема известна также как схема Батлера;

б) с кварцем между базой и контуром (между сеткой и контуром). Схему часто называют схемой с кварцем в цепи обратной связи;

в) с кварцем между коллектором и контуром (между анодом и контуром);

г) с кварцем в контуре.

Любая из представленных схем генерирует на частоте, близкой к частоте последовательного резонанса используемой гармоники кварцевой пластины КвР, поскольку при этом в колебательную систему АГ вносится минимальное затухание со стороны КвР и наилучшим образом выполняется условие самовозбуждения (коэффициент обратной связи в схеме оказывается наибольшим). Контур L, С₁, С₂ настраивают так, чтобы АГ с закороченным резонатором возбуждался приблизительно на частоте последовательного резонанса нужной гармоники кварцевой пластины, чем исключается опасность самовозбуждения АГ на основной частоте и низших гармониках.

В схемах (рис.22.15) заземлён (в первую очередь по высокой частоте) коллектор. Как и в бескварцевых схемах АГ в КАГ может быть заземлён любой электрод АЭ и выбор электрода для заземления определяется аналогичными соображениями (см. лекцию 19). В то же время при надлежащем выборе электрода для заземления может облегчиться реализация КАГ с требуемыми параметрами и на нужную частоту. Частично эти вопросы мы обсудим при рассмотрении конкретных схем.

В схеме (рис.22.15,г) возможно возникновение паразитных автоколебаний на частоте

Для предотвращения этого параллельно КвР подключают резистор R_Ш, сопротивление которого должно удовлетворять условию

На частоте, близкой к частоте последовательного резонанса КвР, R_Ш практически не оказывает влияния на работу АГ.

В схеме (рис.22.15,б) необходимо, чтобы входное сопротивление АЭ было заметно меньше сопротивления КвР r_К, так как только в этом случае стабильность частоты автоколебаний будет определяться в основном КвР.

Действительно, напряжение , снимаемое с ёмкости С₁ в схеме (рис.22.15,б), распределяется между сопротивлением КвР и входным сопротивлением транзистора . Соответственно амплитуда напряжения возбуждения

(22.13)

Последнее выражение можно представить в следующем виде:

(22.14)

где U_МК – амплитуда напряжения между коллектором и эмиттером (напряжение на ёмкости С₂); p – коэффициент включения контура со стороны ёмкости С₂; p_ВХ – коэффициент включения контура со стороны ёмкости С₁.

Очевидно,