л™ Иным» словами, глубина „

ложительноГт обратной связи должна быть такой, чтобы потери энепгии в Ztr восполнялись полностью. I ""i!!" «нергии в коиту!,.

При наличии положительной обратной связи коэффициент усиления равен

Рис. 9.2. Трехточечные схемы генераторов типа LC: а - с автотрансформаторной связью: б - о емкостной связью

где Кц - коэффициент усиления усилителя без обратной связи; % - коэффициент передачи цепи обратной связи.

Для рассматриваемой схемы коэффициент Р, показывающий, какая часть переменного напряжения контура подается на базу транзистора в установившемся реиш-,- ме работы, равен

(9.4)

где /j - амплитуда тока в контуре автогенератора.

Учитывая, Что усилитель с положительной обратной связью переходит в режим генерации при условии р/С > Ь получаем значение коэффициента передачи цепи обратной связи, необкодпмое для самовозбуждения,

Р»с. 9,3. Дву.хтак1ная схема гене-

Р & \1Ки.

(9.5)

ратора тнпа LC

Условие самовозбуждения, выраженное формулой (9.5), называкл- условием баланса амплитуд.

Помимо схемы с трансформаторной связью, широкое распространенне в элект £™ L ? получили так называемые трехточечные схемы о автотраноЕ

мториой (рис. 9.2, а) н емкостной связью (рнс. 9.1 б). Режим по постоянному тт и Г-Ле".:;?„1Г""""а = "Р"=>д™"ь,х схемах та» же, „акПсхё

приведенной на рис. 9.1. По переменному току высокой частоты контур присоедня»: rf"" Р«™Р - змиггеру, базе, коллектору - тря то™-LZ -J "РИ=И«""<>Л на рис. 9.2, а, отвод от соотвтатвующего витка

JiT.r.ToZ:fZZ:." -Р--™ .нТтен°нееГ

Напряжение обратной связи (рис. 9.2, а) снимается с части витков контурной кашки L2 и через конденсатор Cl поступает на базу транзистора. Поскольку знаки „новенных напряжений на L1 и L2 относительно средней точки противоположны, h.e. напряжения сдвинуты между собой по фазе на 1вО°, а усилительный каскад пово-1ачивает фазу еще на 180", то обратная связь будет положительной, т. е. условие ба-Ганса фаз выполняется. Аналогично работает и схема, приведенная на рис. 9.2, б, >ко здесь напряжение обратной связи снимается с конденсатора С4. Для увеличения выходной мощности применяются двухтактные схемы автогенераторов, которые по существу представляют собой сочетание однотактных схеме общим контуром, общим питанием и другими общими элементами (рис. 9.3).

К любому автогенератору предъявляютсй определенные электрические и эксплуатационные требования. Важнейшими из них являются: обеспечение заданной мощности колебаний в нагрузке н высокая стабильность частоты генерируемых колебаний. В соответствии с этими требованиями расчет автогенератора слагается иэ расчета энергетического режима и контура.

9.2.1. Выбор энергетического режима генератора. Транзисторный автогенератор типа LC может работать в разных режимах. Для установки соответствующего режима выбирается коэффициент использования коллекторного напряжения . Этот коэффициент равен отношению амплитуды переменного напряжения на контуре к постоянному напряжению на коллекторе £

1=и/Е,. (9.6)

При Е < I устанавливается недонвпряженный режим работы автогенератора-При I > i режим работы называют перенапряженным. При I = I генератор работает в так называемом критическом режиме. Обычно используется критический режим работы автогенератора. В этом случае автогенератор отдает требуемую полезную мощность при достаточно высоком КПД. Форма тока в коллекторной цепи автогенератора зависит от режима работы. Если ток проходит на протяжении всего периода напряжения на входе, то колебания его имеют синусоидальную форму и их называют колебаниями первого рода. Этот режим (подобный режиму А в усилителях) характеризуется малым КПД и поэтому в автогенераторах используется редко. Более выгодным является режим колебаний второго рода с отсечкой коллекторного тока (подобный режиму В в усилителях). Угол отсечки коллекторного тока транзистора в крв-тическом режиме составляет в = ЭО**.

Известно, что ток, нмеилцнй форму импульсов, можно разложить в ряд Фурье представить в виде суммы постоянного тока, переменного тока той же частоты, что частота повторения импульсов (первая гармоника), переменного тока удвоенной частоты (вторая гармоника), а также переменных токов более высоких частот (высшие гармоннки). Важно отметить, что именно первая гармоника тока создает оа

контуре автогенератора переменное напряжение требуемой частоты, амплитуда которого определяется по формуле

{к™-ki»>V. М

где /?р - резонансное сопротивление контура автогенератора,

Для токов других частот контур имеет малое сопротивление и токи этих частот проходят через контур, не создавая на нем заметного напряжения. Таким образом, несмотря на то, чтоток коллектора по форме отличается от синусоидального, колебательное напряжение на контуре оказывается синусоидальным.

Амплитуду первой гармоники, а также величину постоянной составляющей н»-пульсного тока можно найти с помощью коэффициентов разложения aj и an, эавис»-Щйх от угла отсечки (рис. 9.4).

Между амплитудным значением первой гармоники тока /щ, постоянной составляющей тока /кпост и максимальным значением импульсного тока /р „ существуют соотношения

Для анализа и расчета транзисторных генераторов допустимо пользоваться иде-влнэироваиными (спрямленными) характеристиками транзисторов (рис. 9.5).

Одним на осиовимх параметров транзистора, раоотаюдегс! в схеме refi-p i,), , является крутизна липни критического режима 5кр (рис. 9.5, а). У некошрых лы .j транзис1оров5кр достигает сотен миллиампер иа вольтн вьнпе.

Важными параметрами являются также крутизна характеристики тока колт

тора

Sfl = Д Д(/бэ при C/j3 = tonst

(Э 10,

и напряжение среза Ее- определяемое дпя з ,-данного рабочего напряжения на коллекто)-КЭр {P« 9.5, б).

Главную особенность работы транзистор.»! на высоких частотах составляет влияние времени пробега Тд носителей тока (электронов или дырок). Это время невелико и на сравннтельи » низких частотах им можно пренебречь, но с и.,. вышением частоты влияние его значительно усиливается. Действие времени Тп проявляется прежде всего в том, что заряды, инжектированные эмиттером в один и тот же момент временЕ!, приходят к коллектору в разное время. Появляется рассТеянне носителей тока, которое приводит к уменьшению коэффициента усиление транзистора по току, тем более сильному, чег,г выше частота генерируемых колебаний. Инерционность носителей тока приводит также к возникновению между первой гармоникой коллекторного тока и колебательным напряжением на контуре фазового сдвига фпр. зависящего ог времени движения носителей тока.

Существенное влияние на работу транзисторного генератора в области высоких частот оказывают емкости эмиттерного и коллекторного л-переходов транзисторч. С повышением частоты для поддержания на требуемом уровне коллекторного тока и полезной мощности на выходе генератора необходимо увеличивать амплитуду напряжения возбуждения на участке база - эмиттер.

Лат критинесшортима

30 60 90 120 150 в" Рис. 9.4. Графики коэффициентов разложения импульсов тока

Рис. 9.-5. Идеализированные характеристики транзистора

9.2.2 Стабилизация частоты LC-геяераторов. В процессе работы автогенератор подаергается различным влияниям, которые приводят к изменению его рабочей частоты. Основными причинами нестабильности частоты являются: изменения окружающей температуры, приводящие к изменению геометрических размеров и электрических свойств деталей схемы; изменения напряжения источников питания; механическая вибрация и деформация деталей и др. Кроме того, на стабильность частоты

1ИЯЮТ паразитные индуктивности и емкости схемы - междуэлектродные емкости илигельиых элементов, изменяющиеся с изменением режима рабогы, иидуктивноетя

(водов электродов, емкости монтажа и т. д. Уменьшение влияния этих факторов

»остигается применением для изготовления деталей материалов, мало меняющих свои свойства при изменении температуры, экранировкой и герметизацией контуров, ста-билизацией источников питания, рациональным монтажом и т. д. Однако эти методы не обеспечивают высокой стабильности частоты, которая часто необходима при яэ-реннях, радиосвязи и т. п.

Й-О-Еи R1 1

Рис. 9.6. Транзисторные кварцевые автогенераторы;

а эквивалентная схема кварца; б - генератор с общнм коллектором; в - генератор с возбуждением кварца Md последовательном резонансе," а - двучконтурная схема (схема Батлера); д - гзр-.1ониковы(1 генератор с мостовой схемой нейтрализации: кв кв кв~" параметры контура, свокства которого aнaлoгнqны свойствам кварца: Со - емкость кварнедержателя

Наиболее э4)фе1аивной мерой повышения устойчивости частоты автогенераторов типа LC является кварцевая стабилизация. Она основана на применении в схема автогенератора кварцевых пластиЕЕок с сильно выраженным пьезоэлектрнческил эффектом.

Если кварцевую пластинку сжать или растянуть, то на ее противоположных гранях появляются равные по величине, но разные по знаку электрические заряды. Величина их пропорциональна давлению, а знаки зависят от направления силы давления. Это явление носит название прямого пьезоэлектрического эффекта. Если ж» ч граням пластинки кварца приложить электрическое напряжение, то пластинка буд.т

сжиматься или растягиваться в зависимости от полярности приложенного напряжения, о явление называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Ценным свойством кварца является очень высокая стабильность частоты механических колебаний, которай определяется геометрическими размерами кварцевой пластинки и направлением деформации. Это своййтво в сочетании с прямым пьезоэлектрическим эффектом, превращающим механические колебания в электрические, дает возможность использовать кварцевые пластинки для стабилизации частоты автогенератора. Эквивалентная схема кварцевой пластинкипредставлена иа рис. 9.6, а. Добротность такого эквивалентного контура достигает величины Qkb = 10«...10т. Поэтому фиксирующая способность кварцевой колебательной системы оказывается очень высокой. В зависимости от способа деформации кварцевой пластины длина волны I, стабилизируемая кварцем, лежит в пределах

,= (106. . .iiO)d.

(9.11)

где d-толщина пластины, мм.

На частотах, превышающих 10 МГц, толщина пластин настолько мала (около 0,3 мм), что они становятся чрезвычайио хрупкими. Поэтому применение кварца на этих частотах практически невозмшиЯо! Типовые схемы транзисторных кварцевых автогенераторов приведены на РЧОЗДб. б-г [14, 36).

9.2.3. Порядок расчета £С-«ёртора на транзисторе. Основными техническими данными для расчета транзистого LC-renepaTopa являются: выходнаямощность, отдаваемая генератором в иасрузку, Р н частота генерируемых колебаний Порядок расчета транзнсттного генератора рассмотрим применительно к cxcmi;. приведенной иа рис. 9.2, от

1. Выбираем тип троазнстора. При заданном значении Р мощность Р. которую должен отдать Л(вЬистор в контур, составляет

/К WnK. (9.12)

ура.

[ЫХ требованиях к стабильности частоты автогенератора КПД 1ЮТ в пределах 0,1...0,2. В остальных случаях его можно увеличить

анэистор, необходимо исходить из условий

Ux/p. {)

где - максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллек-

тора выбранного транзистора; / - максимальная частота генерации биполярного транзистора выбранного типа. Параметры Р и f высокочастотных транзисто-рш приведены в справочниках по полупроводниковым приборам [14].

2. Рассчитываем энергетический режим работы генератора. Выбираем импульс каялекториого тока косинусоидальной формы. Считая, что в критическом режиме угол отсечки тока коллектора 9 = 90°, по графикам рис. 9.4 находим коэффициенты разложения импульса коллекторного тока = 0,5; Oq = 0,318.

Находим усредненное время движения Тп носителей тока между р-«-переходами транзистора по формуле

х„1/2п}. (9.15)

Вычисляем угол пробега носителей тока фпр

Фпр=2л/рТп. (9.iS)

Вычисленное по формуле (9.16) значение фпр выражаем в градусах. Прн этом учя-пяаем, что при фпр = 2л угол фпр = 360°. Находим угол отсечки тока эмиттера

9э =е-Фпр- (9-17)

По графикам рис. 9.4 определяем коэффициенты разложении импульса эмнггер-ого тока аэ, » «скэ>-

Коэффициент использования коллекторного напряжения выбираем из соотношения

(9.18)

где 5кр - крутизна линии критического режима выбранного транзистора (при ог сутствми данного параметра в справочнике значение Sp определяют графически в семействе идеализированных выходных характеристик транзистора (рнс. 9.5, я). Для этого на линии критического режима строят характеристический треугольник и находят по формуле 5кр = A/j/At/j).

Определяем основные электрические параметры режима:

амплитуду переменного напряжения на контуре

амплитуду первой гармоники коллекторного тока постоянную составляющую коллекторного тока максимальное значение импульса тока коллектора

К.« тах= KIi." мощность, расходуемую источником тока в цепи коллектора,

Ро =кпост iH;

мощность, рассеиваемую на коллекторе, причем необходимо, чтобы

Крас < к max

КПД по цепи коллектора

Эквивалентное резонансное сопротивление контура в цепи коллектора Находим коэффициент передачи тока транзистора в схеме с ОБ на рабочей час-

(9.19) (9.20) (9.21) (9.221 (9.23) (9.24)

(9.25) (9,26)

(9.27)

тоте

(9,281

где Нцб - коэффициент передачи тока на низкой частоте; fh - преде-тьная частота коэффициента передачи тока биполярного транзистора выбранного типа.

Для определения параметра ftgie (значение которого не всегда приводится а справочниках) может быть использована формула

Ы=21>/0+Л,,. (9.29)

где Agis - коэффициент передачи токэ биполярного транзистора в режиме малого (агнала в схеме с ОЭ.

Определяем амплитуду первой гармоники тока эмиттера

Находим амплитуду импульса тока эмиттера

э.и max ~ Э[тЦЗу

(7 г-2212

(9,30) (9.31)