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:

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 ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Новое применение водородному двигателю 13.01.2019 Американский производитель грузовиков Kenworth и подразделение Toyota North America выпустили опытную партию из десяти водородных тягачей, построенных на базе Kenworth T680. Машина создана на средства Калифорнийского совета по воздушным ресурсам, которое выделило грант в размере 41 миллиона долларов на научно-исследовательские работы, призванные снизить выбросы вредных веществ автотранспортом Лос-Анджелеса. В данном случае речь идет о снижении выбросов грузового транспорта, обслуживающего лос-анджелесский морской порт, через который проходит более десяти тысяч грузовиков за год. Помимо опытной партии тягачей, также предусмотрено строительство двух водородных заправочных станций, которые первоначально будут обслуживать машины в период их двухгодичной тестовой эксплуатации, а в перспективе смогут стать частью калифорнийской сети водородных заправок. Водородные тягачи способны на одном баке водорода (60 кг) проезжать расстояние в 480 километров. В Toyota и Kenworth уверены, что работающие на водороде грузовики имеют хорошие перспективы, тем более, что с 2035 года в Калифорнии будет законодательно запрещена эксплуатация грузовиков с двигателями внутреннего сгорания. Что означает кардинальное обновление автопарка грузовых перевозчиков. В настоящее время Toyota является одним из мировых лидеров по разработке водородомобилей и одним из немногих автопроизводителей, кто имеет в своем модельному ряду серийно выпускаемый водородомобиль - седан Toyota Mirai.

Другие интересные новости:

▪ Система безопасности программно-определяемых сетей от Fortinet

▪ Вакцинация частицами золота

▪ Мобильники будут работать в 10 раз дольше

▪ Радиопушка Auds против дронов-нарушителей

▪ Звуковая приманка

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта ВЧ усилители мощности. Подборка статей

▪ статья Английский язык для медиков. Конспект лекций

▪ статья Каким требованиям должен отвечать гоночный автомобиль Формулы-1? Подробный ответ

▪ статья Солнечное излучение. Советы туристу

▪ статья Соединение 2-х компьютеров на лазерных указках. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Малаяльские пословицы и поговорки. Большая подборка

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026