LС-генераторы синусоидального напряжения

February 20, 2012 by admin Комментировать »

На высоких частотах (от десятков кГц до сотен МГц и выше) применяются LC-генераторы на основе высокодобротных ZC-контуров. Частота контура (последовательного или параллельного), на которой фазовый сдвиг равен О, обычно очень близка к резонансной частоте идеального последовательного ХС-контура:

Заметим, что на этой частоте и реактивное сопротивление катушки индуктивности L равно по модулю реактивному сопротивлению конденсатора С, что в последовательном контуре ведет к их взаимной компенсации, так что результирующее сопротивление контура падает до минимальной величины, равной последовательному сопротивлению потерь г. Сопротивление параллельного контура, напротив, на резонансной частоте становится большим и также активным.

Отсюда следует возможность изменения частоты ZC-генератора изменением емкости Сили индуктивности L. Для этого используются конденсаторы переменной емкости и катушки переменной индуктивности — вариометры (реже). Выпускаются также переменные конденсаторы на основе р-п-перехода (варикапы), емкость которых управляется напряжением. Их применение позволяет строить генераторы, управляемые напряжением.

Фильтрующая способность ZC-контура определяется его добротностью Q — отношением реактивного сопротивления элементов L или С к активному сопротивлению потерь г контура. Значения Qy радиочастотных контуров составляют несколько десятков и даже сотен. При этом Q определяет и полосу частот контура Af=fJQ. Очевидно, что чем выше Q, тем более стабильна частота генератора. Стабильность частоты LC- генераторов на 1—2 порядка выше, чем у ЛС-генераторов. Но относительная нестабильность частоты редко получается меньшей 10"4.

Благодаря высокой фильтрующей способности колебательных ХС-контуров получение синусоидальной формы от ХС-генераторов оказывается более простой задачей, чем в случае построения RC-генераторов. Однако и тут простые схемы могут давать Кт до нескольких процентов. Часто вместо Кт чистоту спектра ВЧ генераторов оценивают просто по уровню гармоник сигнала. Он обычно измеряется в логарифмических единицах — децибелах. Для отношения напряжений:

где fTj— исходное напряжение, U2— измеряемое напряжение. Нетрудно убедиться в том, что 6 дБ соответствует отношению 2, 20 дБ — 10, 40 дБ — 100 раз и т. д. Децибелы положительны, если U2> fTj и отрицательны, если U<.UV Нередко в децибелах отражают абсолютный уровень переменного напряжения — относительно Ul с амплитудой 1 В (или эффективным значением 0,707 В). Впрочем, иногда за 0 дБ берут и другие уровни напряжения — например, в милливольтметрах ВЗ-48 это 0,775 В.

Для мощности вводится логарифмическая единица — децибелы мощности

При записи их множителя учитывают квадратичную зависимость мощности от напряжения или тока.

Классическая схема автогенератора на транзисторе, включенном по схеме с общей базой, представлена на рис. 1.8. Частота генерации задается параллельным ХС-конту- ром. Каскад с общей базой не инвертирует фазу, поэтому для создания положительной обратной связи достаточно подать сигнал с части контура на эмиттер транзистора. Эта схема (при использовании соответствующего транзистора и контура) может работать на частотах от десятков кГц до сотен МГц и выше. Поскольку входное сопротивление каскада с общей базой мало, то необходимо согласование между высокоомной выходной цепью усилителя и его низкоомной входной цепью. Оно и достигается неполным включением контура.

Еще одна классическая схема ХС-генератора показана на рис. 1.9. Здесь используется каскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель), который тоже не инвертирует фазу входного сигнала, но имеет коэффициент передачи несколько меньший 1. Поэтому для соблюдения условия баланса амплитуд надо использовать повышающее напряжение автотрансформаторное включение колебательного контура.

Заметим, что каскад с общим коллектором, как и каскад с общей базой, имеют наилучшие частотные свойства, чем каскад с общим эмиттером. Это гарантирует устойчивую работу автогенератора на высоких частотах.

Множество генераторов создано на основе каскада с общим эмиттером, дающего, как известно, наибольшее усиление по мощности. Однако, эта схема каскада не очень удачна для построения генераторов из-за намного худших частотных свойств биполярного транзистора в ней, по сравнению с предыдущими схемами его включения. Подобные автогенераторы строятся и на полевых транзисторах по схеме с общим истоком, достоинством которых является высокое входное сопротивление.

Тем не менее, классические схемы транзисторных автогенераторов имеют определенные недостатки. Основным из них является необходимость в согласовании импе- дансов входной и выходной цепей каскадов и ХС-контура. Это и приводит к необходимости автотрансформаторного включения контура или к применению отдельной катушки связи. В связи с этим было создано множество оригинальных схем автогенераторов, в которых контур используется без отводов от катушки индуктивности и без дополнительных катушек связи, усложняющих реализацию контуров и затрудняющих их коммутацию в много диапазонных генераторах.

Рис. 1.12. Автогенераторы на основе пьезокерамических фильтров на частоту 465 кГц (а) и 10,7 МГц (б)

б)

Такие фильтры выпускаются в больших количествах, они дешевы и доступны. Фильтры обладают свойством инвертирования входного сигнала и потому для получения

Широкое распространение получили ХС-генераторы с электронной настройкой с помощью варикапов — диодов на основе р-п-переходов, емкость которых меняется с изменением управляющего напряжения (см. пример на рис. 1.11). Применяются и генераторы с катушкой контура на ферритовом сердечнике, частота которых в широких пределах меняется подмагничиванием феррита с помощью электромагнита. В измерительных генераторах часто используется и электронная автоподстройка частоты. Наиболее популярной является фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ). Она будет описана в этой главе чуть ниже.

1.3.4. Генераторы на пьезокерамических фильтрах

Колебательная система автогенератора вовсе не обязательно должна быть ХС-конту- ром. Возможно применение пьезокерамических фильтров, кварцевых резонаторов и даже камертонов с электромагнитами. На рис. 1.12 показаны две схемы автогенераторов с пьезокерамическими фильтрами, обычно предназначенными для применения в усилителях промежуточной частоты супергетеродинных радиоприемников.

положительной обратной связи надо использовать инвертирующий усилитель. В генераторе на рис. 1.12, а усилитель построен на основе TTJI-схем, а в генераторе на рис. 1.12, б — на биполярном транзисторе.

Добротность пьезокерамических фильтров как резонаторов выше добротности LC- контура. Поэтому генераторы имеют более высокую стабильность частоты, но уступающую стабильности частоты кварцевых генераторов (см. ниже).

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты