Теория: генераторы синусоидальных колебаний. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Начинающему радиолюбителю

 Комментарии к статье

Один из видов генераторов синусоидальных колебаний используют для задания частоты RC-элементы. Такие генераторы достаточно сложны, требуют специальных мер по стабилизации амплитуды колебаний и не отличаются высокой стабильностью частоты.

Надежнее и лучше работают генераторы с параллельным колебательным контуром в качестве частотозадающего элемента - их часто называют LC-генераторами. Напомним, что параллельный колебательный контур содержит конденсатор и катушку индуктивности. Если заряженный конденсатор подключить к катушке, то в образовавшемся контуре (рис. 47) возникнут затухающие колебания. Их частота определяется формулой Томсона: fo = 1/2π(LC)1/2.

Колебания продолжались бы бесконечно, если бы в контуре не было потерь энергии, например, на активном сопротивлении провода катушки. Кроме того, какую-то. пусть и небольшую часть энергии надо отдавать в нагрузку генератора!

Чем меньше потери энергии, тем выше добротность контура, которая равна числу колебаний до момента уменьшения их амплитуды пример но в 10 раз. Этот факт мало кому известен. Потери в контурном конденсаторе обычно малы по сравнению с потерями в катушке, поэтому добротность контура практически равна добротности катушки, определяемой как отношение реактивного сопротивления катушки к активному.

Добротность радиочастотных катушек диапазонов ДВ, СВ и KB лежит обычно в пределах 30...300, в зависимости от размеров и качества исполнения. Большие катушки, намотанные для диапазонов ДВ и СВ специальным многожильным проводом (ЛЗШО - литцендратом) или толстым посеребренным проводом для диапазона KB, имеют обычно и большую добротность.

Значительно сократить размеры катушек при сохранении высокой добротности позволяют магнитопроводы (сердечники) из высокочастотного феррита или другого магнитодиэлектрика (магнетита, оксифера, карбонильного железа). Однако при использовании таких катушек в генераторах надо обращать внимание на температурную зависимость свойств магнитопровода, чтобы не ухудшить стабильность частоты генератора.

Добротность контура определяет и ширину его резонансной кривой. Она характеризует зависимость амплитуды колебаний в контуре от частоты при возбуждении его от постороннего источника синусоидальных колебаний. Связь источника с контуром для получения правильных результатов должна быть очень слабой при совпадении частоты колебаний источника с резонансной частотой контура амплитуда колебаний в нем максимальна, а при расстройке она уменьшается. Ширина резонансной кривой по точкам, где амш!итуда падает до 0,7 (на 3 дБ), обратно пропорциональна добротности: 2Δf=f/Q (рис, 47).

Основная идея построения генераторов с LC-контуром состоит в следующем: убыль энергии в контуре в процессе колебаний должна восполняться усилительным элементом, возбуждаемым от того же контура, в полном соответствии с рис. 44. При этом должны выполняться два условия: баланс амплитуд и баланс фаз.

Первое условие требует, чтобы энергия, подводимая к контуру от усилительного элемента, в точности равнялась потерям энергии в самом контуре и в цепях связи с нагрузкой. При более слабой обратной связи колебания затухают и генерация прекращается, при более сильной - амплитуда нарастает и усилительный элемент либо входит в режим ограничения, либо закрывается напряжением, вырабатываемым цепью стабилизации амлитуды. В обоих случаях усиление уменьшается, восстанавливая баланс амплитуд.

Условие баланса фаз состоит в том, чтобы колебания от усилительного элемента подводились к контуру синфазно с его собственными. Следовательно, общий фазовый сдвиг по петле обратной связи должен быть нулевым. Впрочем, небольшой фазовый сдвиг, вносимый усилителем, может компенсироваться контуром. Фазовый сдвиг колебаний в контуре (относительно возбуждающих) составляет 0 на резонансной частоте и достигает ±π/4 при расстройке частоты на ±Δf в соответствии с фазовой характеристикой контура. При наличии фазового сдвига в усилительном элементе колебания будут возбуждаться не на резонансной частоте, а где-то сбоку от нее, что, конечно, нежелательно.

Исторически первый LC-генератор был изобретен Мейсснером в 1913 г. (немецкое общество беспроволочного телеграфа) и затем усовершенствован Роундом (английская фирма Маркони). В нем использовалась индуктивная обратная связь (рис. 48).

Колебания от контура L2C2 подводятся к сетке лампы VL1. Ее анодный ток, изменяющийся в такт с колебаниями в контуре, протекает через катушку связи и, и энергия усиленных колебаний поступает обратно в контур. Для правильной фазировки обе катушки должны включаться так, как показано на рисунке (начала обмоток, намотанных в одну сторону, обозначены точками). Регулировать обратную связь можно, изменяя расстояние между катушками.

Для стабилизации амплитуды колебаний служит гридлик - цепочка C3R1 (кстати, в самом первом генераторе Мейсснера ее еще не было). Действует она так: во время положительных полупериодов колебаний на сетке часть электронов притягивается на нее и заряжает правую по схеме обкладку конденсатора C3 минусовым напряжением. Оно сдвигает рабочую точку на участок характеристики с меньшей крутизной (лампа немного закрывается), и усиление уменьшается. Резистор "утечки сетки" R1 позволяет накапливающемуся заряду стекать на катод, иначе лампа закрылась бы совсем.

Конденсатор С1 служит для замыкания токов высокой частоты на общий провод ("землю") - ведь совсем не нужно, чтобы они протекали через источник питания, создавая наводки и помехи другим элементам устройства, в котором использован генератор.

В дальнейшем американской фирмой "Вестерн Электрик" были разработаны более простые и совершенные генераторы - индуктивная "трехточка" Хартли (1915 г) и емкостная "трехточка" Колпитца (1918 г.). Мы намеренно привели имена изобретателей, поскольку схемы их генераторов практически не изменились за более чем три четверти века, и до сих пор в технической литературе встречаются названия "схема Мейснера" или "схема Колпитца" без пояснения, что это такое. Элементная база тем не менее значительно изменилась, и в качестве примера рассмотрим генератор, выполненный по схеме индуктивной трехточки (Хартли) на современном полевом транзис торе с изолированным затвором (рис. 49).

По принципу действия такой транзистор во многом подобен трехэлектродчой радиолампе - триоду, но ток в нем протекает не в вакууме, а в толще полупроводника, где технологически создан проводящий канал между стоком (верхний по схеме вывод) и истоком (нижний вывод). Проводимость канала управляется напряжением на затворе - электроде, расположенном очень близко к каналу, но изолированном от него. При подаче на затвор отрицательного напряжения его поле как бы "пережимает" канал и ток стока уменьшается. Если же подано и увеличивается положительное напряжение, проводимость канала растет и ток стока увеличивается. В любом случае ток затвора отсутствует, и это заставило дополнить гридлик C2R1 - цепь стабилизации амплитуды - диодам VD1, детектирующим поступающие на затвор колебания и создающим отрицательное смещение при возрастании их амплитуды.

Колебания на затвор подаются с контура L1С1, определяющего частоту генератора. Достоинство полевого транзистора в том, что его входное сопротивление на радиочастотах очень велико, и оно практически не шунтирует контур, не внося в него дополнительных потерь. Обратная связь создается подключением истока транзистора к части витков катушки L1 (обычно от 1/3 до 1/10 общего числа витков).

Работает генератор так: при положительной полуволне колебаний на верхнем по схеме выводе контура увеличивается ток транзистора, который "подбрасывает" в контур очередную порцию энергии.

По сути дела, транзистор в этом генераторе включен истоковым повторителем, и фаза колебаний на истоке совпадает с фазой колебаний на затворе, что и обеспечивает баланс фаз. Коэффициент передачи повторителя по напряжению меньше единицы, однако катушка по отношению к истоку включена как повышающий автотрансформатор. В результате полный коэффициент передачи по петле обратной связи становится больше единицы, обеспечивая баланс амплитуд.

В качестве другого примера рассмотрим генератор, выполненный по схеме емкостной "трехточки" на биполярном транзисторе (рис. 50). Собственно генератор собран на транзисторе VT1. Его режим по постоянному току задается делителем в цепи базы R1R2 и сопротивлением эмиттерного резистора R3 (мы уже рассматривали такие схемы в разделе об усилителях). Колебательный контур генератора образован катушкой индуктивности L1 и цепочкой из трех последовательно включенных конденсаторов С1-C3. К отводам получившегося емкостного делителя подключены не только эмиттер, но и база транзистора. Это продиктовано желанием уменьшить шунтирование контура транзистором - ведь входное сопротивление биполярного транзистора относительно невелико.

Практически емкости конденсаторов С2 и C3, шунтирующих переходы транзистора, стараются выбрать побольше, а емкость С1 - минимально необходимой для возникновения колебаний. Это улучшает стабильность частоты. В остальном работа генератора происходит так же. как и предыдущего.

Каскад на транзисторе VT2 - так называемый буферный каскад - служит для ослабления влияния последующих каскадов на генератор. Транзистор включен эмиттерным повторителем и получает смещение непосредственно с эмиттера генераторного транзистора VT1. Дополнительно связь ослаблена резистором R4. Все принятые меры позволяют довести относительную нестабильность частоты описанного генератора до столь малой величины, как 0,001 %, тогда как у обычных LC-генераторов она на порядок хуже.

В радиовещательных и телевизионных приемниках используют более простые генераторы по схеме емкостной трехточки, типичная схема одного из которых показана на рис. 51.

Здесь контур L1C3 включен в коллекторную цепь транзистора, база по высокой частоте соединена с общим проводом через конденсатор С2, а обратная связь подается на эмиттер через емкостный делитель С4С5. Включение транзистора по схеме с общей базой позволяет получить особенно высокие частоты генерации, близкие к предельным для данного типа транзистора. Сигнал генератора снимают с катушки связи L2.

Автор: В.Поляков, г.Москва

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Двойная система антител летучих мышей против опасных вирусов 17.09.2026

Летучие мыши давно занимают особое место в исследованиях инфекционных заболеваний. Эти животные способны быть естественными носителями вирусов, представляющих серьезную опасность для человека, однако сами зачастую избегают тяжелых последствий заражения. Такая необычная способность особенно интересна ученым, поскольку позволяет изучать механизмы, с помощью которых организм может одновременно сосуществовать с потенциально опасными патогенами и контролировать их воздействие. Исследователи из Тюлейнского университета, Стэнфорда и Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) приблизились к объяснению этого феномена. По их данным, важную роль может играть необычная организация иммунной системы рукокрылых. У представителей семейства лиликовых (Vespertilionidae), насчитывающего более 500 видов и распространенного на всех континентах, кроме Антарктиды, специалисты обнаружили сразу две независимые генетические системы, участвующие в создании тяжелых цепей антител. Антитела пред ...>>

Экологичный ноутбук Acer Vero 16 с модульным корпусом 17.09.2026

Современный ноутбук постепенно перестает быть устройством, которое после нескольких лет эксплуатации проще заменить новым. Производители все чаще пытаются увеличить срок службы техники за счет переработанных материалов, ремонтопригодной конструкции и возможности модернизации отдельных компонентов. Новый Acer Vero 16 (V16-I71 / V16-I71T) стал одним из примеров такого подхода: при высокой производительности модель ориентирована не только на современные вычислительные задачи, но и на снижение экологической нагрузки на протяжении всего жизненного цикла устройства. В основе концепции Acer лежит расширенный принцип 4R, включающий Reduce - уменьшение использования ресурсов, Reuse - повторное применение, Recycle - переработку и Repairability - ремонтопригодность. Разработчики постарались реализовать эти четыре направления непосредственно в конструкции ноутбука. В частности, верхняя крышка и рабочая панель изготовлены из сплава, в котором сочетаются 50% переработанного и 50% низкоуглеродисто ...>>

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Случайная новость из Архива Управление лазером с помощью звука 07.10.2023 Инженеры достигли перенаправления лазерных лучей без использования традиционных оптических элементов, таких как линзы и зеркала, а вместо них применили акустическую решетку. Эта решетка, формируемая ультразвуковыми волнами в воздухе, позволила ученым эффективно управлять направлением лазерных импульсов, предлагая новый способ обойти ограничения традиционных методов управления лазерами. Лазеры, широко применяемые в медицине и исследованиях, сталкиваются с ограничениями традиционных оптических компонентов, которые могут повреждаться и снижать качество лазерного излучения. Германские исследователи из DESY разработали новый подход, используя ультразвуковые динамики для создания акустической решетки. Путем изменения частоты звука они могли контролировать структуру решетки, направляя лазерный луч с высокой точностью. Более половины мощности лазерного луча удалось успешно перенаправить с использованием этого метода. Ученые отмечают, что использовали мощный лазер с пиковой мощностью 20 гигаватт, который обычно приводит к повреждению оптических элементов. Перспективно усовершенствование этой системы может привести к замене традиционных компонентов, улучшая эффективность использования лазерных технологий. Такой же принцип с использованием звука был успешно применен другими исследователями, позволяя левитировать и собирать в воздухе сложные конструкции, такие как клей, пластик и деревянные части.

Другие интересные новости:

▪ Шлем армии США из полиэтилена

▪ Искусственное солнце

▪ Электрические велосипеды Himiway моделей Pony, Rambler и Rhino

▪ Лабораторное выращивание риса с мясом

▪ Хорошо выдержанный транзистор

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телевидение. Подборка статей

▪ статья Томмазо Кампанелла. Знаменитые афоризмы

▪ статья Почему мэры Филадельфии часто отказывались от должности, предпочитая заплатить штраф? Подробный ответ

▪ статья Фотограф прецизионной фотолитографии. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Фундаментальные проблемы развития электроэнергетики на основе возобновляемых источников энергии в России. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автомобильное зарядно-питающее устройство для носимой радиостанции. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026