Генераторы LC-типа.

Эти генераторы имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. К недостаткам их относятся трудности изготовления высокостабильных температурно-независимых индуктивностей, а также высокая стоимость и громоздкость последних. Особенно это проявляется при создании автогенераторов диапазона инфранизких частот, в которых даже при применении ферромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и стоимость получаются большими.

В генераторе -типа формы выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено хорошими фильтрующими свойствами колебательного -контура. Они, как правило, работают с «отсечкой» тока активных приборов усилителя. Соответственно форма выходного тока усилителя резко отличается от синусоидальной. При этом в начальный момент возникновения автоколебаний , что обеспечивает устойчивую работу автогенератора даже при значительных изменениях параметров его элементов. Для самовозбуждения генератора -типа также необходимо наличие положительной обратной связи.

Сущность самовозбуждения заключается в следующем. При включении источника питания конденсатор колебательного контура, включенного чаще всего в коллекторную цепь транзистора, заряжается. В контуре возникают затухающие автоколебания, причем часть тока (напряжения) этих колебаний подается на управляющие электроды активного прибора, образуя положительную обратную связь. Это приводит к пополнению энергии -контура. Автоколебания превращаются в незатухающие.

Рис. 8.39. LC-автогенераторы : а — с трансформаторной ОС; б — с автотрансформаторной ОС (индуктивная трехточка); в — по схеме емкостной трехточки

Частота автоколебаний в первом приближении определяется резонансной частотой -контура:

Многочисленные схемы автогенераторов -типа различаются в основном схемами введения сигнала обратной связи и способами подключения к усилителю колебательного контура.

На рис. 8.39, а показано введение положительной ОС с помощью трансформаторной обратной связи (обмотка 2). Напряжение ОС зависит от соотношения числа витков обмоток 1 и 2. На рис. 8.39, б использована автотрансформаторная обратная связь. Источник питания Е подключен к части витков катушки индуктивности L, что уменьшает его шунтирующее действие и повышает добротность колебательного контура . Сопротивление разделительного конденсатора на частоте колебаний близко к нулю. На рис. 8.39, в показан генератор, собранный по схеме емкостной трехточки. В нем напряжение обратной связи снимается с конденсатора С 2- Энергия, поддерживающая автоколебания, вводится в форме импульсов тока . Для уменьшения шунтирующего действия транзистора он подключен к контуру через емкостный делитель напряжения.

Для количественной оценки устойчивости автоколебаний часто вводят коэффициент регенарации. Это безразмерный коэффициент, характеризующий режим работы автогенератора и показывающий, во сколько раз можно уменьшить добротность Q колебательной системы по сравнению с ее исходным значением, чтобы автогенератор оказался на границе срыва колебаний:

где — реактивное сопротивление индуктивности контура; - эквивалентное активное сопротивление контура, включающее и сопротивление активного элемента, шунтирующего его. В низкочастотных автогенераторах коэффициент регенерации обычно не менее .

Следует отметить, что в транзисторных генераторах источник возбуждающих колебаний имеет, как правило, малое внутреннее сопротивление. Следовательно, в цепи базы протекает ток несинусоидальной формы, а напряжение база — эмиттер остается синусоидальным.

Хорошие энергетические показатели у генератора могут быть получены только при работе с «отсечкой тока» (ток через транзистор имеет форму импульсов; рис. 8.40, а). При этом считается, что наилучшие энергетические характеристики имеют место при . В то же время для возникновения автоколебаний необходимо, чтобы . В противном случае до возникновения автоколебаний на базе транзистора будет только запирающее напряжение и без воздействия дополнительного внешнего отпирающего напряжения («жесткий» режим возбуждения) автоколебания не возникнут.

При «мягком» режиме возбуждения на базу должно быть подано отпирающее напряжение порядка . При возникновении автоколебаний смещение должно автоматически изменяться в зависимости от амплитуды колебаний до получения нужного угла отсечки 0. Здесь нетрудно увидеть взаимосвязь с рассмотренным выше положением о необходимости введения цепи, изменяющей смещение до получения .

При достаточно глубокой ОС и неправильно подобранных емкостях конденсаторов (рис. 8.39, а) может возникнуть прерывистая генерация или автомодуляция. В этом случае амплитуда колебаний имеет переменное значение или уменьшается до нуля на определенные промежутки времени (рис. 8.39, б). Прерывистая генерация обусловлена тем, что при определенных условиях напряжение автоматического смещения вследствие зарядки конденсаторов может приблизиться к амплитуде напряжения ОС. Транзистор перестанет открываться и пополнять энергию колебательного контура. В итоге автоколебания быстро затухнут до нуля и возникнут снова только после разрядки конденсаторов . Затем процесс нарастания амплитуды, зарядки конденсаторов и срыва автоколебаний повторится.

Рис. 8.40. Импульсы коллекторного тока (а); прерывисто генерируемый в автогенераторе сигнал (б)

Поэтому цепи, обеспечивающие автоматическое смещение рабочей точки, обычно приходится подбирать при настройке. В схемах рис. 8.39, б, в изменения напряжения смещения происходят вследствие зарядки конденсаторов .

Заданную частоту колебаний можно получить при разных значениях индуктивности L и емкости С, так как она определяется их произведением. Однако увеличение емкости конденсатора С приводит к уменьшению индуктивности, что существенно снижает добротность контура:

где — резонансная частота.

Уменьшение добротности может привести к искажениям формы автоколебаний и появлению дополнительной нестабильности частоты. Для предотвращения этого добротность колебательного контура берут не менее 30—70.

Перестройку частоты автоколебаний осуществляют изменением емкости конденсатора, включенного в колебательный контур. При этом добротность контура изменяется, что может вызвать изменение режима работы автогенератора. Изменение емкости обычно производят механическим путем. Иногда вместо конденсатора, определяющего частоту колебаний, включают варикап и, меняя приложенное к нему дополнительное постоянное напряжение, изменяют резонансную частоту контура. В этом случае перестройка частоты осуществляется электрическим путем за счет изменения барьерной емкости варикапа. Относительная нестабильность частоты у автогенераторов .