Дегтярь Г.А. Устройства генерирования и формирования сигналов (2003) (1095864), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Таким путём удаётся построить АГ до 300 МГц.Настройка такого АГ, естественно, усложняется.329На высоких частотах, пока фаза средней крутизны коллекторного тока S < –90°, какотмечалось в предыдущей лекции, широкое распространение получила схема транзисторного АГ с контуром между коллектором и базой (рис.19.19), эквивалентная ёмкостнойтрёхточке. На рис.20.7,а эта схема повторена. Соответственно на рис.20.7,б приведены эквивалентное представление по высокой частоте указанной схемы и векторная диаграммадля неё.С2СКЭС1LБЛСБЭLБЛLKIIК1IСКЭRЭ*UМБ = -UВХСL-φSRВХСКЭ*UМКСБЛIСКЭIК1*UМБIК1UВХСБЭUВХ+ЕКR2*UМКIR1баРис.20.7За опорный на векторной диаграмме (рис.20.7,б) принят вектор выходного напряже*ния U MK . Ток через ёмкость СКЭ, полагая её без потерь, опережает по фазе выходноенапряжение на 90°.
Ток I через правую ветвь цепи, образованную входным сопротивлением RВХ, ёмкостью СБЭ, в состав которой входит ёмкость транзистора СВХ, параллельнымколебательным контуром из элементов С, L, эквивалентным колебательному контуру из*С1, С2, LK на схеме (рис.20.7,а), отстаёт по фазе от выходного напряжения U MK . Из-за потерь в ветви это отставание по фазе меньше 90°. Ток I обусловливает на входе транзистора*напряжение UВХ, которое по величине равно U МБ , но находится в противофазе к последнему.
Соответственно, комплексная амплитуда первой гармоники коллекторного тока,определяемая соотношением***I K 1 U МБ S СР U МБ Se j S ,*отображается вектором, повёрнутым относительно вектора U МБ в сторону вектора выход*ного напряжения U MK . Регулируя связь с полезной нагрузкой, подключаемой к контурумежду коллектором и базой транзистора, изменяют потери в правой ветви цепи и такимобразом влияют на величину фазы коэффициента обратной связи k . Очевидно, регулировкой связи контура с полезной нагрузкой можно добиться полной компенсации фазысредней крутизны коллекторного тока. В итоге выходной ток (первая гармоника коллекторного тока) и выходное колебательное напряжение между коллектором и эмиттеромтранзистора оказываются в фазе и транзистор работает на чисто активное сопротивление.Исходя из эквивалентной схемы рассматриваемого АГ, можно получить выражениедля его коэффициента обратной связи. Примерное выражение, не учитывающее потери вконтуре, включенном между коллектором и базой, можно получить на основании (20.4),приняв хФ = 0:***kU МБ*U MK330x1 Z ВХ**x1 Z ВХ x3 Z ВХ jx1 x3,*где следует считать х1 = – 1/ωСБЭ, Z ВХ RВХ .После подстановки последних соотношений получаем*RВХk;( C БЭ x3 1) RВХ jx3x3tg k .( C БЭ x3 1) RВХОбратим внимание, что в приведенных соотношениях х3 соответствует эквивалентному сопротивлению параллельного колебательного контура между коллектором и базойи должно иметь индуктивный характер на частоте автоколебаний.Чем больше ёмкость СБЭ, тем легче обеспечивается положительная фаза коэффициента обратной связи и, соответственно, компенсация фазы средней крутизны коллекторного тока.
Поэтому в рассматриваемой схеме АГ для лучшей компенсации фазы среднейкрутизны коллекторного тока часто параллельно входу транзистора, то есть параллельновходной ёмкости транзистора СВХ, подключается дополнительная ёмкость СБЭ, что отмечалось в предыдущей лекции.Таковы основные положения осуществления компенсации фазы средней крутизныколлекторного тока в транзисторных АГ на высоких частотах.
Очевидно, при большой величине коэффициента обратной связи возможно возбуждение автоколебаний в любой израссмотренных схем АГ и при неполной компенсации фазы средней крутизны коллекторного тока. Следует также обратить внимание, что значение фазы средней крутизны коллекторного тока принципиально не может быть точно равно –90°. Оно может приближаться к этой величине с любой стороны, но никогда не будет равно этому значению. АГлегче реализовать, когда значение φS заметно отличается от –90° в любую сторону, чем вслучае S ≈ –90°.Как уже отмечалось, из-за сложностей реализации АГ с использованием фазокомпенсирующего элемента такие АГ редко применяют на частотах выше (100…150) МГц.Применяя реализацию индуктивных элементов (одного или нескольких) в виде последовательного соединения катушки индуктивности и конденсатора, достижимы частоты до300 МГц.
Чем выше частота, тем труднее реализовать индуктивность с использованиемсосредоточенных элементов.В АГ с контуром между коллектором и базой индуктивность контура может быть реализована из отрезка микрополосковой линии. При этом достижимы частоты до1…2 ГГц. Для удобства регулировки ёмкости СКЭ и СБЭ реализуются с применением подстроечных конденсаторов.3Вопросы для самоконтроля знаний по теме лекции 20:1.
Представьте график зависимости фазового угла эквивалентного сопротивления параллельного колебательного контура от частоты. Поясните его. Как он связан с добротностью контура?2. Чем обусловливается необходимость компенсации фазы средней крутизны коллекторного тока?Поясните. В чём заключается идея компенсации фазы средней крутизны коллекторного тока и какиеспособы её реализации вам известны?3. Уясните векторные диаграммы рис.20.3 – рис.20.6 и рис.20.7,б.
Какие изменения в диаграммах будутиметь место при изменении параметров элементов электрической цепи АГ? Поясните.4. В чём, по вашему мнению, сходство и в чём отличие в подходах к определению коэффициента обратнойсвязи АГ в предыдущей лекции и в настоящей? Поясните.*5. При RВХ = ∞ и хФ = 0 получите на основании (20.6) выражение для k .
Является ли полученное выражениеподобным (20.5)? Если является, то покажите связь. Если не является, то поясните почему нет.3Конструктивные удобства такого АГ очевидны: в качестве индуктивности используется отрезок микрополосковой линии, коллектор заземлён, а между коллектором и эмиттером включается подстроечный конденсатор.331Лекция 21Многоконтурные автогенераторы (АГ). Схемы, классификация и основные параметры двухконтурных АГ. Регулировка частоты и амплитуды колебаний в двухконтурных АГ.Двухконтурные АГ.
Классификация двухконтурных АГВ общем случае сопротивления х1, х2, х3 обобщённой трёхточечной схемы АГ(рис.19.23) могут быть образованы параллельными колебательными контурами, как этопоказано на рис.21.1, где ω1, ω2, ω3 – круговые резонансные частоты соответствующихконтуров. Такая схема представляет трёхконтурный АГ.1ω3ω3ω2ω2ω1ω1Рис.21.1Очевидно, в представленной схеме трёхконтурного АГ частота автоколебаний не будет совпадать ни с одной из резонансных частот контуров, так как только на частотах, существенно отличающихся от резонансной частоты, колебательный контур имеет реактивную составляющую его сопротивления заметно превышающую активную составляющую.Возможны схемы АГ с числом контуров больше трёх.
На рис.21.2 представлена схема четырёхконтурного АГ, у которого четвёртым контуромявляется контур внешней нагрузки (например, анМтенно-фидерной системы в случае мощного АГ СВЧ) сω3собственной частотой настройки ωН. Контур внешнейω2нагрузки связан с контуром, включенным между анодомωНи сеткой лампы. Эта схема также может быть приведенак обобщённой трёхточечной схеме (рис.19.23), но приω1этом следует иметь в виду, что сопротивление междуанодом и сеткой лампы представляет эквивалентное сопротивление двух связанных контуров с собственнымиРис.21.2частотами ω3 и ωН. Связь между контурами может бытьлюбая (на схеме показана магнитная связь).
Аналогично можно поступить, если внешняянагрузка связана не с анодно-сеточным, а с другим контуром, например, аноднокатодным. В общем случае при определении сопротивления сеточно-катодного контура,имеющего собственную частоту ω1, следует учитывать потери в цепи сетки из-за наличиясеточного тока.Очевидно, чем больше контуров в АГ, тем сложнее и труднее его настраивать. Поэтому на практике находят применение трёхконтурные и двухконтурные схемы АГ, причём наиболее широко применяются двухконтурные АГ, особенно в диапазоне СВЧ и всхемах с кварцевой стабилизацией частоты.Если в схеме трёхконтурного АГ (рис.21.1) вместо одного из контуров будет включена ёмкость, то мы получаем три разновидности схем двухконтурных АГ, соответственно на лампе и транзисторе.
Эти схемы показаны на рис.21.3.1К подобной схеме мы приходим, например, на СВЧ. Если у лампы все электроды соединить между собоюнакоротко по высокой частоте и учесть межэлектродные ёмкости и индуктивности вводов электродов, получаем схему трёхконтурного АГ.332В зависимости от того, какой электрод является общим для обоих контуров, принятаследующая классификация схем двухконтурных АГ: схемы (рис.21.3,а) называются схемами двухконтурного АГ соответственно с общим катодом и с общим эмиттером; схемы(рис.21.3,б) – соответственно схемы двухконтурных АГ с общей сеткой и с общей базой;схемы (рис.21.3,в) – схемы двухконтурных АГ с общим анодом и с общим коллектором,соответственно.
Одиночные ёмкости С3, С2, С1 в соответствующих схемах двухконтурныхАГ (рис.21.3,а, б, в) называются ёмкостями связи. Часто общий для контуров электрод АЭ(лампы или транзистора) заземляется. Однако последнее необязательно.С3С3С1С2 L2L3 ω3ω2L1 ω1С1L1L1аω1ω1L3 ω3С2 L2ω2С1L3 ω3L2 ω2С2С3С3С3С2С1С3L3 ω3L2С2С1L1 ω1бРис.21.3ω2С2С1вКак видим, колебательная система любого двухконтурного АГ по схеме рис.21.3представляет систему двух параллельных колебательных контуров с внешней ёмкостнойсвязью. В таких системах, как известно, при превышении связи между контурами некоторого уровня существуют две частоты собственных колебаний, в окрестности которых система проявляет свойства, характерные для параллельного колебательного контура.2 Этичастоты носят название частот связи, из которых большая называется верхней, а меньшая– нижней.
Как ниже увидим, в представленных на рис.21.3 схемах двухконтурных АГ автоколебания возможны только на одной частоте связи, на которой коэффициент обратнойсвязи оказывается положительным. Для второй частоты связи коэффициент обратной связи получается отрицательным и устойчивые автоколебания на ней невозможны.Существует ещё одна разновидность двухконтурного АГ, получаемого из одноконтурного, у которого полезная нагрузка формирует второй контур, связанный с контуромАГ. В итоге колебательная система АГ представляет два связанных контура и при превышении определённого уровня связи у такой системы, как уже отмечалось, существуют две резонансωКLК LНСРные частоты – верхняя и нижняя частоты связи, наωНкоторых двухконтурная система проявляет свойLССНства параллельного колебательного контура.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
