Теорія: генератори синусоїдальних коливань. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору

 Коментарі до статті

Один із видів генераторів синусоїдальних коливань використовують для завдання частоти RC-елементи. Такі генератори досить складні, вимагають спеціальних заходів для стабілізації амплітуди коливань і не відрізняються високою стабільністю частоти.

Надійніше і краще працюють генератори з паралельним коливальним контуром як частотоздатний елемент - їх часто називають LC-генераторами. Нагадаємо, що паралельний коливальний контур містить конденсатор та котушку індуктивності. Якщо заряджений конденсатор підключити до котушки, то в контурі, що утворився (рис. 47) виникнуть затухаючі коливання. Їхня частота визначається формулою Томсона: fo = 1/2π(LC)1/2.

Коливання тривали б нескінченно, якби в контурі не було втрат енергії, наприклад, на активному опорі котушки. Крім того, якусь. нехай і невелику частину енергії треба віддавати у навантаження генератора!

Чим менше втрати енергії, тим вище добротність контуру, яка дорівнює числу коливань до моменту зменшення їх амплітуди приблизно в 10 разів. Цей факт мало кому відомий. Втрати в контурному конденсаторі зазвичай малі порівняно з втратами в котушці, тому добротність контуру практично дорівнює добротності котушки, яка визначається як відношення реактивного опору котушки до активного.

Добротність радіочастотних котушок діапазонів ДВ, СВ і КВ лежить зазвичай у межах 30...300, залежно від розмірів та якості виконання. Великі котушки, намотані для діапазонів ДВ та СВ спеціальним багатожильним проводом (ЛЗШО – літцендратом) або товстим срібним проводом для діапазону KB, мають зазвичай і більшу добротність.

Значно скоротити розміри котушок за збереження високої добротності дозволяють магнитопроводы (сердечники) з високочастотного фериту чи іншого магнитодиэлектрика (магнетиту, оксиферу, карбонильного заліза). Однак при використанні таких котушок у генераторах треба звертати увагу на температурну залежність властивостей магнітопроводу, щоб не погіршити стабільність частоти генератора.

Добротність контуру визначає і ширину його резонансної кривої. Вона характеризує залежність амплітуди коливань у контурі від частоти при збудженні його від стороннього джерела синусоїдальних коливань. Зв'язок джерела з контуром для отримання правильних результатів повинен бути дуже слабким при збігу частоти коливань джерела з резонансною частотою контуру амплітуда коливань в ньому максимальна, а при розладі вона зменшується. Ширина резонансної кривої по точках, де амш!ітуда падає до 0,7 (на 3 дБ), обернено пропорційна добротності: 2Δf=f/Q (рис, 47).

Основна ідея побудови генераторів з LC-контуром полягає в наступному: спад енергії в контурі в процесі коливань має заповнюватися підсилювальним елементом, що збуджується від того ж контуру, у повній відповідності до рис. 44. При цьому повинні виконуватись дві умови: баланс амплітуд та баланс фаз.

Перша умова вимагає, щоб енергія, що підводиться до контуру від підсилювального елемента, точно дорівнювала втрат енергії в самому контурі та в ланцюгах зв'язку з навантаженням. При слабшій зворотний зв'язок коливання згасають і генерація припиняється, при сильнішій - амплітуда наростає і підсилювальний елемент або входить в режим обмеження, або закривається напругою, що виробляється ланцюгом стабілізації амлітуди. В обох випадках посилення зменшується, відновлюючи баланс амплітуд.

Умова балансу фаз у тому, щоб коливання від підсилювального елемента підводилися до контуру синфазно з його власними. Отже, загальний фазовий зсув по петлі зворотного зв'язку має бути нульовим. Втім, невеликий фазовий зсув, який вносить підсилювач, може компенсуватися контуром. Фазовий зсув коливань у контурі (щодо збуджуючих) становить 0 на резонансній частоті і досягає ±π/4 при розладі частоти на ±Δf відповідно до фазової характеристики контуру. За наявності фазового зсуву в підсилювальному елементі коливання будуть збуджуватись не на резонансній частоті, а десь збоку від неї, що звичайно небажано.

Історично перший LC-генератор був винайдений Мейсснером у 1913 р. (німецьке товариство бездротового телеграфу) і потім удосконалено Роундом (англійська фірма Марконі). У ньому використовувався індуктивний зворотний зв'язок (рис. 48).

Коливання контуру L2C2 підводяться до сітки лампи VL1. Її анодний струм, що змінюється в такт з коливаннями в контурі, протікає через котушку зв'язку і енергія посилених коливань надходить назад в контур. Для правильного фазування обидві котушки повинні включатися так, як показано на малюнку (початки обмоток, намотаних в один бік, позначені крапками). Регулювати зворотний зв'язок можна, змінюючи відстань між котушками.

Для стабілізації амплітуди коливань служить гридлік - ланцюжок C3R1 (до речі, в першому генераторі Мейсснера її ще не було). Діє вона так: під час позитивних напівперіодів коливань на сітці частина електронів притягується на неї та заряджає праву за схемою обкладку конденсатора C3 мінусовою напругою. Воно зрушує робочу точку на ділянку характеристики з меншою крутістю (лампа трохи закривається) і посилення зменшується. Резистор "витікання сітки" R1 дозволяє заряду, що накопичується, стікати на катод, інакше лампа закрилася б зовсім.

Конденсатор С1 служить для замикання струмів високої частоти на загальний провід ("землю") - адже зовсім не потрібно, щоб вони протікали через джерело живлення, створюючи наведення та перешкоди іншим елементам пристрою, в якому використано генератор.

Надалі американською фірмою "Вестерн Електрик" були розроблені простіші і досконаліші генератори - індуктивна "трьохточка" Хартлі (1915 р) і ємнісна "трьохточка" Колпітца (1918 р.). Ми навмисно навели імена винахідників, оскільки схеми їхніх генераторів практично не змінилися за більш як три чверті століття, і досі в технічній літературі зустрічаються назви "схема Мейснера" ​​або "схема Колпітца" без пояснення, що це таке. Елементна база проте значно змінилася, і як приклад розглянемо генератор, виконаний за схемою індуктивної триточки (Хартлі) на сучасному польовому транзисторі з ізольованим затвором (рис. 49).

За принципом дії такий транзистор багато в чому подібний до триелектродчої радіолампи - тріоду, але струм у ньому протікає не у вакуумі, а в товщі напівпровідника, де технологічно створений провідний канал між стоком (верхній за схемою виведення) і витоком (нижній висновок). Провідність каналу управляється напругою на затворі - електроді, розташованому дуже близько до каналу, але ізольованому від нього. При подачі на затвор негативної напруги його поле хіба що " перетискає " канал і струм стоку зменшується. Якщо ж подано та збільшується позитивна напруга, провідність каналу зростає і струм стоку збільшується. У будь-якому випадку струм затвора відсутня, і це змусило доповнити гридлік C2R1 - ланцюг стабілізації амплітуди - діодам VD1, що детектирує коливання, що надходять на затвор і створює негативне зміщення при зростанні їх амплітуди.

Коливання на затвор подаються з контуру L1С1, що визначає частоту генератора. Перевага польового транзистора в тому, що його вхідний опір на радіочастотах дуже велике, і воно практично не шунтує контур, не вносячи додаткових втрат. Зворотний зв'язок створюється підключенням початку транзистора до частини витків котушки L1 (зазвичай від 1/3 до 1/10 загальної кількості витків).

Працює генератор так: при позитивній напівхвилі коливань на верхньому за схемою виведення контуру збільшується струм транзистора, який "підкидає" в контур чергову порцію енергії.

По суті справи, транзистор у цьому генераторі включений джерельним повторювачем, і фаза коливань на початку збігається з фазою коливань на затворі, що забезпечує баланс фаз. Коефіцієнт передачі повторювача за напругою менше одиниці, проте котушка по відношенню до початку включена як автотрансформатор, що підвищує. В результаті повний коефіцієнт передачі по петлі зворотного зв'язку стає більше одиниці, забезпечуючи баланс амплітуд.

Як інший приклад розглянемо генератор, виконаний за схемою ємнісної "трьохточки" на біполярному транзисторі (рис. 50). Власне генератор зібраний на транзисторі VT1. Його режим постійного струму задається дільником у кола бази R1R2 і опором емітерного резистора R3 (ми вже розглядали такі схеми розділі про підсилювачах). Коливальний контур генератора утворений котушкою індуктивності L1 та ланцюжком з трьох послідовно включених конденсаторів С1-С3. До відводів ємнісного дільника, що вийшов, підключені не тільки емітер, а й база транзистора. Це продиктовано бажанням зменшити шунтування контуру транзистором – адже вхідний опір біполярного транзистора відносно невеликий.

Практично ємності конденсаторів С2 і C3, що шунтують переходи транзистора, намагаються вибрати якомога більше, а ємність С1 - мінімально необхідної для виникнення коливань. Це покращує стабільність частоти. В іншому робота генератора відбувається так само. як і попереднього.

Каскад на транзисторі VT2 - про буферний каскад - служить послаблення впливу наступних каскадів на генератор. Транзистор включений емітерним повторювачем і отримує зміщення безпосередньо з емітера генераторного транзистора VT1. Додатково зв'язок ослаблений резистором R4. Всі вжиті заходи дозволяють довести відносну нестабільність частоти описаного генератора настільки малої величини, як 0,001 %, тоді як у звичайних LC-генераторів вона на порядок гірше.

У радіомовних і телевізійних приймачах використовують простіші генератори за схемою ємнісної триточки, типова схема одного з яких показана на рис. 51.

Тут контур L1C3 включений в колекторний ланцюг транзистора, база по високій частоті з'єднана із загальним проводом через конденсатор С2, а зворотний зв'язок подається на емітер через дільник ємнісний С4С5. Включення транзистора за схемою із загальною базою дозволяє отримати особливо високі частоти генерації, близькі до граничних для цього транзистора. Сигнал генератора знімають із котушки зв'язку L2.

Автор: В.Поляков, м.Москва

Дивіться інші статті розділу Початківцю радіоаматору.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Штучна шкіра для емуляції дотиків 15.04.2024

У світі сучасних технологій, де віддаленість стає дедалі більш повсякденною, збереження зв'язку й почуття близькості грають значної ролі. Нещодавні розробки німецьких учених із Саарського університету в галузі штучної шкіри становлять нову еру у віртуальних взаємодіях. Німецькі дослідники з університету Саарського розробили ультратонкі плівки, які можуть передавати відчуття дотику на відстані. Ця передова технологія надає нові можливості для віртуального спілкування, особливо для тих, хто виявився далеко від своїх близьких. Ультратонкі плівки, розроблені дослідниками, товщиною всього 50 мікрометрів, можуть бути інтегровані в текстильні вироби та носитися як друга шкіра. Ці плівки діють як датчики, що розпізнають тактильні сигнали від мами чи тата, і як виконавчі механізми, що передають ці рухи дитині. Дотики батьків до тканини активують датчики, які реагують на тиск та деформують ультратонку плівку. Ця ...>>

Котячий унітаз Petgugu Global 15.04.2024

Турбота про домашніх тварин часто може бути викликом, особливо коли йдеться про підтримку чистоти в будинку. Представлено нове цікаве рішення стартапу Petgugu Global, яке полегшить життя власникам кішок та допоможе їм тримати свій будинок в ідеальній чистоті та порядку. Стартап Petgugu Global представив унікальний котячий унітаз, здатний автоматично змивати фекалії, забезпечуючи чистоту та свіжість у вашому будинку. Цей інноваційний пристрій оснащений різними розумними датчиками, які стежать за активністю вашого вихованця в туалеті та активуються для автоматичного очищення після його використання. Пристрій підключається до каналізаційної системи та забезпечує ефективне видалення відходів без необхідності втручання з боку власника. Крім того, унітаз має великий обсяг сховища, що змивається, що робить його ідеальним для домашніх, де живуть кілька кішок. Котячий унітаз Petgugu розроблений для використання з водорозчинними наповнювачами та пропонує ряд додаткових матеріалів. ...>>

Привабливість дбайливих чоловіків 14.04.2024

Стереотип про те, що жінки віддають перевагу "поганим хлопцям", довгий час був широко поширений. Однак нещодавні дослідження, проведені британськими вченими з Університету Монаша, пропонують новий погляд на це питання. Вони розглянули, як жінки реагують на емоційну відповідальність та готовність допомагати іншим у чоловіків. Результати дослідження можуть змінити наше уявлення, що робить чоловіків привабливими в очах жінок. Дослідження, проведене вченими з Університету Монаша, призводить до нових висновків щодо привабливості чоловіків для жінок. В рамках експерименту жінкам показували фотографії чоловіків з короткими історіями про їхню поведінку в різних ситуаціях, включаючи їхню реакцію на зіткнення з бездомною людиною. Деякі з чоловіків ігнорували безпритульного, тоді як інші надавали йому допомогу, наприклад, купуючи їжу. Дослідження показало, що чоловіки, які виявляють співчуття і доброту, виявилися більш привабливими для жінок порівняно з т ...>>

Випадкова новина з Архіву Зменшені GNSS-модулі для пристроїв, що носяться 05.05.2014 Компанії OriginGPS і CSR розпочали виробництво серій високопродуктивних GNSS-модулів, у яких застосовуються чіпи SiRFstarV та CSR's SiRFstarIV. Нові модулі мають розміри на 70% менше від існуючих. Розробникам також вдалося на 30% зменшити час першого позиціонування, що робить продукт незамінним для використання в спортивних годинниках, фізкультурно-оздоровчих трекерах, медичних приладах, цифрових камерах і екшн-камерах. У всіх модулях, включаючи випущений нещодавно ORG4572 розміром 7х7 мм, є ПАР-фільтр, LNA, термокомпенсований кварцовий генератор, радіочастотний екран, а також п'єзогодинник реального часу.

Інші цікаві новини:

▪ Вогневі випробування теплоізоляції SpaceX Starship

▪ Біоелектроніка з харчуванням від людини

▪ З прискорювача – на кухню

▪ Очищення води за допомогою яєць

▪ Всі найдорожчі компанії світу – зі сфери ІТ

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Велика енциклопедія для дітей та дорослих. Добірка статей

▪ стаття Ось зміст філософії всієї. Крилатий вислів

▪ стаття Хто став першим олімпійським чемпіоном сучасності? Детальна відповідь

▪ стаття Личинник. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Антени радіостанції UA1DJ. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Зарядний пристрій для заряджання акумуляторних батарей. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024