§ 12.4. Генераторы с колебательными контурами

В качестве задающего генератора радиопередающих устройств связи и гетеродина супергетеродинного радиоприемника применяется генераторы высокой частоты с колебательными контурами в цепи обратной связи (LС-генераторы).

По способу включения колебательного контура в цепь обратной связи различают генераторы с индуктивной (трансформаторной), автотрансформаторной и емкостной обратной связью (рис 12.9).

В схемах с автотрансформаторной (рис. 12.9, б) и емкостной (рис. 12.9, в) связями контур включен в схему тремя выводами поэтому такие схемы часто называют индуктивной и емкостной трехточками. В схеме (рис. 12.9, а) для выполнения условий баланса фаз, т. е. создания положительной обратной связи, напряжение , на катушке должно быть противофазно напряжению , на катушке .

Рис. 12.9.

Величина сигнала положительной обратной связи , определяется соотношением числа витков катушек индуктивности и расстоянием между ними. С увеличением числа витков сближении катушек глубина обратной связи возрастает. Число витков катушки определяют с учетом заданной частоты генерации, определяемой формулой для резонансной частоты контура

При найденном значении число витков катушки определяют из условия обеспечения баланса амплитуд. В схеме индуктивной трехточки (рис. 12.9, б) условие баланса фаз выполняется благодаря тому, что выходной сигнал, снимаемый с коллектора транзистора или с обмотки катушки противофазен сигналу положительной обратной связи, снимаемому с обмотки .

Для обеспечения сигнала положительной обратной связи, при котором выполняется условие баланса амплитуд, выбирают определенное число витков обмотки При этом необходимо учитывать, что частота генерации определяется из формулы

т. е., подбирая число витков обмотки следует одновременно корректировать также и число витков обмотки так, чтобы заданная частота генерации не изменилась.

Частоту генерации в схемах рис. 12.9, а, б изменяют с помощью конденсатора переменной емкости, включенного в цепь колебательного контура. Возможность перестройки частоты в широком диапазоне обусловили применение индуктивной трехточки в гетеродинах радиоприемников, возбудителях радиопередатчиков и т. Д.

Емкостная трехточечная схема автогенератора (рис. 12.9, в) аналогична резисторному усилителю напряжения, в цепь положительной обратной связи которого включеи колебательный контур. Выходной сигнал снимается с конденсатора а сигнал положительной обратной связи с конденсатора . Так как напряжения на противофазны, то выполняется условие баланса фаз.

Условие баланса амплитуд выполняется при соответствующем сигнале положительной обратной связи . Для его увеличения необходимо уменьшать емкость конденсатора , так как при этом возрастают емкостное сопротивление, а следовательно, и падение напряжения на конденсаторе от протекания тока через колебательный контур. При найденном значении емкость конденсатора определяют из условия обеспечения заданной частоты генерации

Изменение частоты генерации в схеме емкостной трехточки не совсем удобно, так как для этого приходится изменять число витков катушки L или перемещать ее сердечник. Поэтому емкостную трехточку в основном используют в качестве тактовых генераторов с фиксированной частотой.

Малая добротность колебательного контура -генератора вызывает искажения формы генерируемых колебаний, когда условия самовозбуждения выполняются для нескольких гармонических составляющих, близких к основной гармонике с частотой .

Неправильный расчет схемы автогенератора также может привести к искажениям выходного сигнала. Например, при слишком большом коэффициенте передачи сигнала положительной обратной связи условие баланса амплитуд выполняется для нескольких гармонических составляющих даже при большой добротности колебательного контура.

Для выполнения условия баланса амплитуд на одной частоте необходимо уменьшить коэффициент усиления , что достигается обычно введением отрицательной частотно-независимой обратной связи, например включением переменного резистора в цепь эмиттера транзистора.

При построении генераторов на биполярных транзисторах следует учитывать, что зависимость коэффициента усиления по току от частоты вызывает дополнительный фазовый сдвиг между входным напряжением усилителя и напряжением обратной связи, изменяющий условие баланса фаз в схеме генератора.

В результате частота генерации будет отличаться от резонансной частоты контура.

Принципы построения генераторов на полевых транзисторах не отличаются от описанных выше.

Для повышения мощности автогенераторов в схемах рис. 12.9 увеличивают напряжение питания схемы. Однако при этом контур, включенный в коллекторную или стоковую цепь будет находиться под напряжением источника питания, которое в схемах мощных автогенераторов может достигать нескольких сотен вольт.

Рис. 12.10

Устранить этот недостаток можно в схеме генератора с параллельным питанием (рис. 12.10), где транзистор, контур и источник питания включены параллельно друг другу.

Рис. 12.11.

Блокировочный дроссель , имеющий большое сопротивление по переменному току, обеспечивает развязку источника питания и контура на частоте генерации, но не является препятствием для постоянной составляющей тока. Чтобы источник питания не замыкался через и катушку индуктивности контура, включают конденсатор .

Цепь из параллельно соединенных резистора R и конденсатора С, включенная в цепь затвора, служит для создания мягкого режима возбуждения колебаний генератора. В области малых амплитуд колебания затвор транзистора имеет почти нулевое смещение. С увеличением амплитуды колебаний отрицательное смещение затвора возрастает за счет зарядки конденсатора С.

На практике встречаются схемы генераторов с двумя колебательными контурами. Примером такого генератора является схема, изображенная на рис. 12.11. Баланс фаз, при котором напряжения сток—затвор и затвор—исток находятся в противофазе, обеспечивается только в том случае, если на частоте генерации сопротивления контуров в цепях затвора и стока имеют индуктивный характер, так как при индуктивном характере сопротивлений контуров схема на рис, 12.11 эквивалентна схеме индуктивной трехтонки.