А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 46
Текст из файла (страница 46)
7.5 — емкостной трехточечной схемы на биполярном транзисторе. Здесь Лч, — индуктивная нагрузка усилителя, С, — разделительный конденсатор. Цепь В,С, (рис. 7.4) и элементы Л„Л„С„В, (рис. 7.5) обеспечивают необходимый режим работы полевого и биполярного транзисторов соответственно. Частота генерации ы, равна резонансной частоте колебательного контура. Полная индуктивность контура в индуктивной трехточечной схеме Ь = Л, + Л, (в практических схемах в общей катушке индуктивносги контура Ь от части витков делается отвод), а для емкостной трехточечной схемы полная емкость контура равна С = С,С,/(С, + С,). Коэффициент передачи обратной связи в индуктивной трехточечной схеме определяется отношением Ь,/Ь„а в емкостной — отношением С, ~С,.
Рис. 7,5. Емкостиая трехточечная схе- ма генератора на биполярном транзи- сторе Рис. 7.4. Индуктивная трехточечная схема генератора на полевом транзисторе Как было показано выше, влияние положительной обратной связи на процессы в колебательном контуре генератора можно интерпретировать как внесение в контур отрицательного сопротивления, компенсирующего потери энергии в контуре. Естественно, что компенсацию потерь энергии можно осуществить и путем использования активных элементов с дифференциальным отрицательным я, и, сопротивлением, непосредственно включенных в колебательный контур.
Это позволяет Рис. 7.6. Схемагенераторанатунельномлипостроить простые схемы генераторов. оле В качестве примера рассмотрим генератор на туннельном диоде. Туннельный диод имеет падающий участок вольт-амперной характеристики (рис. 4.21), что соответствует отрицательному дифференциальному сопротивлению диода на этом участке характеристики. На рис. 7.6 представлена одна из типичных схем генератора на туннельном диоде. Здесь Л вЂ” сопротивление, характеризующее потери энергии колебаний в контуре; ТД вЂ” туннельный диод; резисторы Л„Л, позволяют усганавливать необходимый режим работы туннельного диода на падающем участке вольт-амперной характеристики; С вЂ” ' шунтирующий конденсатор.
172 Глава 7. Генераторы электрических колебаний Ы,~ и (,=1о+ — '~ и=1о+ —, осг с=с. т,' (7.22) где 1 41, и = 11 — (7 т, ЖТ с=и, Обозначим токи через соответствующие элементы схемы через (с, (л, (с, 1,. Отметим, что (с + (л + (с + 1» = О. (7.23) Выразим каждый из токов через величину и, характеризующую малые колебания на- пряжения на контуре: (Иь, 1 и = 1,— = 1лВ = — / (с а(, В С/ (7.24) откуда 1 1 и .
4и (ъ— - — / иаг, (в= 1 (с=С— 1, / ' Л ' 11 ' Подставив зти значения и 1, в уравнение (7.23), получим 1 Г и Ии и -11 ж+-+С вЂ” +1,+ — =О, 1/ Л а (7.25) (7.26) а'и ~(и — +2б — +ы,и=О, ИФ' 41 (7. 27) где 2б = — — +— 1 ыо = 1С (7.28) При величине 26 = О, что справедливо при (7.29) потери энергии колебаний полностью компенсируются отрицательным дифференциальным сопротивлением туннельного диода. Условие (7.29) является условием возбуждения в схеме генератора на туннельном диоде, представленной на рис.
7.6. При — т, > Я в генераторе возникнут нарастающие колебания частоты ы,. 7.3. Яс-генераторы Для генерирования колебаний низких частот в схемах генераторов с колебательным контуром необходимо использовать большие величины 1 и С, что приводит к значительному размеру и весу генератора. Поэтому для построения генераторов колебаний В дальнейшем будем считать, что величины собственных параметров туннельного диода В,„ 1, и Ст (рис. 4.22) пренебрежимо малы по сравнению с величинами Л, 1 и С соответственно, а величина С выбрана такой, что на частоте генерации сопротивление этого конденсатора пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлениями других элементов схемы.
Пусть рабочая точка, характеризующая режим работы туннельного диода по постоянному току, расположена на падающем участке вольт-амперной характеристики диода. Для малых приращений напряжения вблизи рабочей точки зависимость (, = у(и) можно считать линейной: 7.3. ВС-геиерато ы 173 1 ог'В,С,ВгСг — 1 (7.30) Сдвиг фазы выходного сигнала относительно входного 1щгт в(ог) 1 — ог'22,Сгг1гСг (о(го) = агс18 = агст8 Жв(ог) ' Сг г г + — +— [.
'С,'Я,) (7.31) Из (7,30) и (7.31) следуют важные особенности цепи Вина: максимум модуля коэффициента передачи имеет место на частоте 1 ого = ~~, (7.32) на которой фазовый сдвиг (г равен нулю. На этой ча- <о(ог стоге модуль коэффициента передачи цепи Вина: + 1 !гтв(огоИ С ~ ( 1 (7.33) 1 1+ — +— С~ юг На рис. 7.8 представлены типичные зависимости -гт/2 модуля коэффициента передачи и сдвига фаз от частоты для цепи Вина. эффициента передачи н сдвига ри исп ль нии от частоты лля цепи Вина качестве активного элемента йС-генератора цепь Вина включают между выходом операционного усилителя и неинвертирующим входом (рис. 7.9). Это обеспечивает выполнение баланса фаз на единственной частоте ого (7.32). Из условия баланса амплитуд следует, что необходимый коэффициент усиления Сг го~ гСо(ого) = 1+ + ~ 1 С, Лг Его величина может быть установлена резисторами „„включенными в цепь отрицательной обратной связи усилителя.
Напомним, что для случая идеального операци- (7.34) низкой частоты широкое распространение получили схемы, использующие только резисторы и конденсаторы. Такие устройства называют ВС-генераторами. Для создания в АС-генераторах частотно-зависимой обратной связи, позволяющей выполнить условие баланса фаз для одной частоты, наиболее часто т. й с тг ЮГ г г оогт используют цепь Вина (рис. 7.7) или фазовращающие ВС-цепи типа рис. 3.8.
В качестве активного элемента применяют усилители низкой частоты, выполненные на электронных Рис. 7.7. Цепь Вина лампах, биполярных или полевых транзисторах, интегральных полупроводниковых операционных усилителях. Универсальность операционных усилителей и наличие у них дифференциального входа позволяют создать простые и удобные в регулировке и настройке генераторы. Рассмотрим в дальнейшем схемы ВС-генераторов на операционном усилителе с цепью Вина и с трехзвенной фазовращающей ВС-цепью.
Коэффициент передачи цепи Вина для гармонического сигнала частоты ог равен Глава ?. Гене ато ы елект ических колебаний 1?4 онного усилителя (Л -+ оо, К.„ - оо, Л „„ - О): КО =1+ —. лз л4 (7.35) Наиболее широкое распространение получила симметричная цепь Вина, в которой Л, = Л, = Л, С, = С, = С. Такая цепь позволяет при использовании сдвоенного блока одинаковых переменных сопротивлений или конденсаторов создать ЛС-генератор с перестраиваемой частотой, сохраняя баланс амплитуд и фаз в широком диапазоне перестройки частоты. В этом случае ~;= 1!ЛС, (7.36) Ко(ыа) = 3. (7.37) При использовании в ЛС-генераторе фазовращаюших цепей в практических схемах наиболее часто применяют трехзвенную ЛС-цепь, выделенную пунктиром на рис. 7.10.
Ол Рнс. 7.9. Схема НС-генератора на Рис. 7.10. Схема НС-генератора с трехзвенной фа- операцнонном усилителе с цепью зоврашающей цепью Вина (7.39) (7.40) Легко показать, что в ЛС-генераторах с инвертирующим усилителем фазовращающие цепи, состоящие из простейших ЛС-звеньев, должны иметь их не менее трех.
Действительно, каждое элементарное звено при коэффициенте передачи, не равном нулю, сдвигает фазу на величину меньше т/2 (83.6), в силу чего для обеспечения суммарного сдвига фаз всей фазовращающей цепью на величину т необходимо не менее трех звеньев. Рассмотрим зависимость коэффициента передачи трехзвенной лс-цепи (рис. 7.10) от параметров Л, С н частоты ы. Запишем уравнения Кнрхгофа: и = ~ —. +Л~ — Л, ~2Л+ —.~ — Л( — Л( =0, 1 (7,38) 2л+ —. ~ Фг л(1 = О, в2 Лзз уыс,/ Решение (7.38) дает для коэффициента передачи цепи следующее выражение: К(ы)— и, 5 . 1 ( 1 1 +7' 6 СЛ ЛС1, СЮ Из (7.39) следует, что коэффициент передачи будет действительным на частоте 1 ~/6ЛС ' 7.4.
Квазилинейный анализ колебательных процессов в генераторах 175 и на этой частоте он равен 1 К(ыо) =— 29 (7.41) 7.4. Квазилинейный анализ колебательных процессов в генераторах Как было показано выше, линейный Линейная часть анализ колебательных процессов в генераторах позволяет найти условия возбу- к(в) ждения и частоту колебаний. Однако при таком анализе невозможно опреде- А лить их амплитуду и исследовать устойчивость при возмущениях. Это обусло- 2-Ц-~~ у = 1(х) х влено тем обстоятельством, что генераторы являются принципиально нелинейныНелинейньтй элемент ми системами и амплитуда стационарных Р 7 2 Рис.
7.12. Блок-схема генератора для случая, коколебаний в них определяется нелиней- гла возможно выделение линейной части и нели- ными свойствами элементов, входящих в иейного элемента схему генератора. При выполнении определенных условий, речь о которых пойдет ниже, оказывается возможным провести достаточно полный анализ колебательных процессов в генераторах так называемыми квазилинейными методами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
