Site Loader
Posted on 19.02.1971

Содержание

ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

ПРОСТЕЙШИЕ RC-ГЕНЕРАТОРЫ

Применение генераторов с колебательными контурами для генерирования колебаний низких частот (ниже 10 кГц) затруднено из-за значительно увеличивающихся номиналов катушек индуктивности и конденсаторов, что влечет за собой увеличение размеров и стоимости генератора.

Поэтому в настоящее время для генерирования низких и инфранизких частот широко используются RC-генераторы, в которых вместо колебательного контура используются RC-фильтры.

RC-генераторы, работая в сравнительно широком диапазоне частот от долей герца до нескольких мегагерц, обеспечивают достаточную стабильность колебаний и имеют малые габариты и массу.

Применение полевых транзисторов в схемах RC-генераторов выгодно отличает их от биполярных транзисторов возможностью использования в цепи положительной обратной связи высокоомных резисторов, что в свою очередь позволяет использовать конденсаторы с меньшими номиналами, обладающие большей стабильностью.

Простейшие RC-генераторы на ПТ изображены на рис. 1. Как известно, условия возбуждения генератора требуют, чтобы цепь обратной связи изменяла на 180° (для однокаскадного генератора) фазу сигнала, поступающего со стоковой нагрузки в цепь затвора.

В схеме генератора, приведенной на рис. 1, а, это достигается выполнением цепи обратной связи из нескольких последовательно включенных простых RC-звеньев. Кроме того, ослабление сигнала при прохождении цепи обратной связи должно компенсироваться усилением каскада.

Для цепей с одинаковыми по значению элементами R и С условие баланса фаз на генерируемой частоте f0 выполняется при следующих соотношениях [2]:

для трёхзвенных f

0=0,065/RC;

для четырёхзвенных f0=0,133/RC

Рис. 1. Схемы простейших RC-генераторов.

а — с фазирующей RC-цепочкой; б — с истоковым повторителем; в — с Т-образным RC-мостом.

Для трёхзвенной RC-цепи обратной связи требуемый коэффициент усиления каскада должен быть больше 29 [2, 3], а в четырёхзвенной RC-цепи не менее 18,4.

Для повышения устойчивости работы генератора (из-за шунтирующего действия цепью обратной связи резистора нагрузки Rc) часто вводят дополнительный каскад — истоковый повторитель (рис. 1, б), имеющий высокое входное сопротивление.

Схема генератора с двойным Т-образным RC-фильтром (рис. 1, в), элементы которого выбраны следующим образом: С1=С2=С; С3=С/0,207; R1=R2=R; R3=0,207R — функционирует при условии, если коэффициент усиления каскада не менее 11. При этом частота колебаний

f0=1/2RСπ.

Рассмотренные простейшие RC-генераторы на ПТ не нашли широкого применения из-за присущих им недостатков.

Первый недостаток — это необходимость получения большого коэффициента усиления каскада, который у генератора с трёхзвенной цепью обратной связи должен быть не менее 29, Практическая реализация такого коэффициента усиления затруднительна из-за малого значения крутизны ПТ. Если учесть, что для улучшения формы генерируемых колебаний вводится отрицательная обратная связь, то коэффициент усиления каскада должен быть еще больше.

Второй недостаток — невозможность перестройки в широком диапазоне частот генераторов, выполненных по схеме с RC-цепочка-ми и Т-образным мостом в цепи обратной связи.

ГЕНЕРАТОРЫ, ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

Наиболее широкое применение среди RC-генераторов нашла схема с фазовым RC-мостом (генератор на мосте Вина), принципиальная схема которого изображена на рис. 2. К достоинствам подобной схемы следует отнести малое затухание и нулевой сдвиг фаз в цепи обратной связи на частоте генерации.

Таким образом, при включении фазового RC-моста для выполнения условия баланса фаз необходимо, чтобы усилитель генератора обеспечивал сдвиг фаз 360°.

Частота генерации при равенстве R1=R2=R и С1=С2=С определяется выражением

f0=1/2RCπ     (1)

На этой частоте затухание фазового RС-моста минимально и равно 3. (Затухание β — величина ослабления, которое вносит фазовый RC-мост в проходящий сигнал в зависимости от расстройки Δf — определяется по выражению β=(9+(2Δf)2/f0)1/2 ) Отсюда следует, что минимальный коэффициент усиления, при котором удовлетворяется условие баланса амплитуд, должно быть не менее 3. Благодаря малому значению требуемого усиления появляется возможность введения глубокой отрицательной обратной связи, что ведет к уменьшению уровня нелинейных искажений при работе в широком диапазоне частот.

В схеме рис. 2, а отрицательная обратная связь осуществляется за счет резистора в цепи истока транзистора T1 и введения цепочки R5C3. В качестве резистора R5 использовался малоинерционный термистор ТВД-4, резисторы R1, R2 — типа ПТМН, а конденсаторы С1 и С2 — типа КСО-Г. При указанных на схеме номиналах частота генерации f

0=1500 Гц. При изменении температуры в диапазоне от 10 до 50° С была получена относительная нестабильность частоты

Δf/f=0,05% на 10° С.

Фазовый RC-мост имеет в своем составе всего по два одноименных элемента; следовательно, его можно перестраивать в широком диапазоне частот, изменяя значение только двух элементов R1, R2 или С1, С2), что делает перестройку генераторов с такими мостами конструктивно удобной.

На рис. 2, б приведена схема перестраиваемого генератора низкой частоты с фазовым RC-мостом. Частота генерируемых колебаний плавно перестраивается с помощью сдвоенного потенциометра R2, R3. Усилитель генератора двухкаскадный с непосредственной связью. Для стабилизации амплитуды колебаний генератора и его режима работы введена глубокая отрицательная обратная связь как по постоянному, так и переменному току (цепочка R8, R6, R5) Для перекрытия всего звукового диапазона следует ввести переключатель, который одновременно изменял бы емкости конденсаторов RC и С2 в обоих плечах моста.

Рис. 2. Принципиальные схемы генераторов с фазовым RС-мостом.

а — с двухкаскадным усилителем и ёмкостной связью; б — с двухкаскадным усилителем и непосредственной связью.

Рис. 3. Генератор, перестраиваемый в широком диапазоне

а — принципиальная схема; б — структурная схема.

Более сложная схема RС-генератора с использованием полевых транзисторов, позволяющая перестраивать частоту в декадном диапазоне, изображена на рис. 3. Для параметров, указанных на схеме, частота генератора лежит в диапазоне 500 кГц — 5 мГц; однако, изменив ёмкости конденсаторов, можно получить частоты в других диапазонах [4].

Два фазовращателя, фазоинвертор, усилитель и аттенюатор соединяются таким образом, что образуют петлю обратной связи. Схема будет генерировать колебания с частотой, при которой полный фазовый сдвиг составляет 360°. На этой частоте каждый из двух идентичных фазовращателей обеспечивает фазовый сдвиг на 90°.

Управляемый напряжением фазовращатель состоит из конденсатора C1 и транзистора Т2.

Транзисторы Т3, Т4 и конденсатор С3 образуют второй фазовращатель, который работает аналогично первому. Благодаря высокому сопротивлению фазовращателей отпадает необходимость в буферных каскадах. Затворы транзисторов Т2 и Т4 заземлены по переменному току и, следовательно, могут быть соединены. Транзистор Т5 предназначен для усиления сигнала.

Транзистор Т7 и резистор R6 образуют управляемый напряжением аттенюатор, при этом транзистор Т7 используется в качестве управляемого резистора.

Амплитудный детектор состоит из усилителя на транзисторе Т6, диодного детектора Д1 и фильтра R5C5. Когда амплитуда входного сигнала увеличивается, напряжение на затворе транзистора Т7 становится более отрицательным, при этом возрастает динамическое сопротивление транзистора и уменьшается коэффициент усиления в петле обратной связи.

СТАБИЛИЗАЦИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ

Свойство полевого транзистора изменять сопротивление канала в зависимости от приложенного к затвору управляющего напряжения нашло достаточно широкое применение в генераторах для автоматической стабилизации уровня выходного сигнала.

На рис. 4, а приведена схема RC-генератора синусоидальных колебаний с регулируемой отрицательной обратной связью [5]. Двухкаскадный усилитель на полевых транзисторах Т1 и Т3 охвачен положительной обратной связью через элементы R1-R4, С1, С3. Отрицательная обратная связь осуществляется через делитель, состоящий из резистора R6 и управляемого сопротивления канала полевого транзистора Т2 Установление стационарной амплитуды происходит за счет воздействия UВых (через детектор Д1 и его элементов R7, С5) на глубину отрицательной обратной связи и на режим питания транзистора Т1. Инерционность АРУ определяется в основном ёмкостью конденсатора С5 и сопротивлением резистора R7 [5]. Такая автоматически регулируемая отрицательная обратная связь позволяет повысить стабильность характеристик генератора по сравнению с обычной схемой при изменении напряжений питания и температуры окружающей среды. При изменении питания от 18 до 10 В амплитуда выходного сигнала снижалась на 8%.

Рис. 4. Генераторы со стабилизацией амплитуды генерируемых колебаний.

а — RС-генератор с регулируемой ООС; б — LC-генератор с аттенюатором на ПТ.

Несколько иначе осуществляется автоматическая стабилизация уровня выходного сигнала генератора, принципиальная схема которого изображена на рис. 4, б [6]. Напряжение сток — исток полевого транзистора Т1 регулируется переменным резистором R3, установленным в цепи затвора второго транзистора Т2. Часть выходного напряжения через трансформатор L1, L2 поступает на выпрямитель Д1 и фильтр R3C7. В зависимости от положения потенциометра R3 изменяется рабочая точка полевого транзистора, изменяется сопротивление его канала и соответственно амплитуда сигнала на выходе генератора. Потенциометром R3 устанавливают необходимую амплитуду выходного напряжения, которая в дальнейшем автоматически поддерживается на заданном уровне.

Как видно из приведённых выше примеров, использование полевых транзисторов в схемах автоматической стабилизации выходного напряжения генераторов позволяет значительно упростить подобные схемы и уменьшить необходимую мощность управления регулируемого элемента.

ЧМ ГЕНЕРАТОРЫ

В автоматике и телемеханике, измерительной технике возникает необходимость в широкополосной частотной модуляции при низкой несущей частоте. Так, например, в радиотелеметрии с частотным разделением каналов каждому- каналу отводится своя поднесущая частота. Генераторы поднесущих частот — это низкочастотные генераторы, частоты которых промодулированы сигналами от датчиков. Применение LC-генераторов в таких системах нежелательно из-за громоздкости выполнения в низкочастотном диапазоне. Поэтому в качестве задающего частотно-модулированного генератора поднесущей частоты используется RС-генератор.

Частота RС-генератора, как уже говорилось выше, определяется параметрами фазирующей RС-цепочки, изменяя которые определенным образом, осуществляют частотную модуляцию колебаний генератора. Для получения линейной модуляционной характеристики необходимо, чтобы одновременно по линейному закону изменялись отношения 1/R или 1/С фазирующей цепочки.

Рис. 5. ЧМ генератор на ПТ, а — принципиальная схема; б — модуляционная характеристика.

В качестве перестраиваемых напряжением ёмкостей применяются полупроводниковые диоды и транзисторы, используя зависимость ёмкости p-n перехода от обратного напряжения. Существенным недостатком подобного способа является большая нелинейность модуляционной характеристики ЧМ генератора из-за нелинейного изменения ёмкости от приложенного напряжения.

Полупроводниковые диоды и биполярные транзисторы можно использовать и в качестве переменных сопротивлений. Однако такому способу получения ЧМ свойственны следующие недостатки [11]: нелинейность модуляционной характеристики при больших девиациях частоты; большая амплитудная модуляция; плохая развязка источника модулирующего сигнала и автогенератора; значительная мощность, потребляемая управляющей цепью.

Перечисленных недостатков лишен способ осуществления ЧМ с помощью полевых транзисторов. Применение ПТ в качестве переменных сопротивлений в фазирующей цепи RС-генератора позволяет реализовать их важное достоинство — линейную зависимость проводимости канала от управляющего напряжения и высокое входное сопротивление частотного модулятора.

На рис. 5 изображена принципиальная схема ЧМ генератора с фазовым RС-мостом и его модуляционная характеристика для ПТ (Т{Г2) типа КП103Ж и КП103М, используемых в качестве переменных резисторов.

Резисторы R1 и R2 включены для уменьшения глубины девиации до необходимой; кроме того, используя резисторы с отрицательным ТКС, можно уменьшить влияние температурных изменений сопротивления канала ПТ на стабильность частоты генератора. С помощью источника смещения Eсм устанавливают необходимое значение сопротивления каналов ПТ при управляющем (модулирующем) сигнале UBX=0.

МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

Релаксационные генераторы низких частот имеют большую постоянную времени. В мультивибраторах, выполненных на биполярных транзисторах, для получения большой постоянной времени используются электролитические конденсаторы с большой ёмкостью, обладающие невысокой стабильностью. Высокое же входное сопротивление полевых транзисторов позволяет получать необходимую постоянную времени в релаксационных схемах без использования конденсаторов с большой ёмкостью. Поэтому в тех случаях, когда требуется реализовать постоянные времени примерно несколько секунд или минут, целесообразно использовать полевые транзисторы.

В схеме, изображенной на рис. 6, а, два полевых транзистора включены по схеме истоковых повторителей, а два биполярных транзистора являются переключателями. Принцип работы схемы аналогичен принципу работы обычного мультивибратора, причём комбинацию биполярного и полевого транзистора следует рассматривать как некоторый активный элемент. Таким образом, в схему вносится высокое входное сопротивление полевых транзисторов и одновременно обеспечивается большое полное усиление. Биполярные транзисторы не входят в состояние насыщения, так как напряжение их коллекторов питает стоки полевых транзисторов. В результате такого соединения мультивибратор устойчиво самовозбуждается; поскольку рабочие точки транзисторов смещены в линейную область, любое изменение входного тока вызывает изменение коллекторного напряжения. Эта схема хорошо работает и на высоких частотах.

Рис. 6. Схемы мультивибраторов на ПТ.

а — с ненасыщенными биполярными транзисторами; б — с насыщенными биполярными транзисторами.

Длительность пребывания мультивибратора в каждом из состояний определяется разрядом конденсатора С1 или С2 через резистор цепи затвора. Когда напряжение достигает значения, равного напряжению отсечки полевого транзистора, изменение тока истока заставляет схему перейти в другое состояние. Если ёмкость каждого конденсатора С1 и С2 равна 4 мкФ, то, изменяя R1 и R2 в сторону увеличения, можно повысить длительность периода мультивибратора от 8 мс до 6 мин. Если ёмкость каждого из конденсаторов выбрать равной 100 пФ, то частоту можно изменить от 100 Гц до 3 мГц [7]

Несколько иначе выполнен мультивибратор, схема которого изображена на рис. 6, б [1]. Рассмотрим принцип действия этой схемы. Допустим, что транзистор Т1 переходит в состояние насыщения, тогда на затворе Т4 появляется положительный потенциал и транзисторы Т4 и Т2 закрываются. Скачок напряжения на коллекторе Т2 приводит к надежному открыванию транзисторов Т1 и Т3. Ток смещения, текущий к затвору Т3 через резистор R2, поддерживает его в этом состоянии. Конденсатор С1 разряжаясь через резистор уменьшает напряжение смещения на затворе Т4. Когда напряжение Uзи транзистора Т4 уменьшается до напряжения отсечки, транзисторы Т4 и Т2 начинают проводить и быстро открываются, в то время как Т1 и Т3 закрываются. Длительность импульса мультивибратора определяется по формуле [1]

    (2)

где Ес — напряжение источника питания.

При номиналах деталей, указанных на схеме рис. 8, б, получена длительность импульса примерно 25 с.

ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Используя источник неизменного тока на полевом транзисторе в генераторе пилообразного напряжения, можно получить пилу, линейность и наклон которой почти не зависят от случайных изменений управляющего напряжения. Кроме того, полевые транзисторы позволяют реализовать схемы генераторов развертки с такими значениями линейности и длительности, которых трудно достигнуть при использовании биполярных транзисторов.

Генератор пилообразного напряжения, изображенный на рис. 7, состоит из источника постоянного тока на полевом транзисторе T1, конденсатора переменной ёмкости С1 и однопереходного транзистора Т2. С помощью потенциометра R2 устанавливается значение постоянного тока стока полевого транзистора Т1, соответствующее термостабильной точке ПТ. Отрицательная обратная связь, создаваемая включенными в цепь истока резисторами R1 и R2 с большим сопротивлением, обеспечивает стабильный ток стока несмотря на наличие изменений напряжения питания. Этот ток линейно заряжает конденсатор переменной емкости С1 до напряжения запуска однопереходного транзистора Т2. Время заряда является функцией ёмкости конденсатора С1 [8].

Рис. 7. Схема генератора пилообразного напряжения.

Изменяя ёмкость конденсатора С1, можно регулировать частоту повторения выходного сигнала генератора в диапазоне от 500 Гц до 50 кГц. Накопительный конденсатор быстро разряжается через проводящий переключатель на транзисторе Т2. Пилообразное напряжение с конденсатора С1 подается на выход через эмиттерный повторитель на транзисторе Т3. Амплитуда выходного сигнала определяется положением движка потенциометра R4 и может регулироваться в пределах от 0 до 8 В [8]. Во всём диапазоне частот нелинейность пилообразного напряжения в данной схеме не превышает 1%.

КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Одним из самых важных параметров генераторов является стабильность частоты генерируемых колебаний. Жёсткие требования к стабильности и воспроизводимости частоты в современных радиотехнических устройствах удается удовлетворить при использовании кварцевых генераторов.

Рис. 8. Схема кварцевого генератора.

Ламповые кварцевые генераторы в большинстве практических случаев являются неприемлемыми ввиду таких недостатков, как большая потребляемая мощность, большие габариты и масса. Кроме того, сама лампа является источником тепла, что затрудняет термостатирование генератора.

Ввиду малого входного сопротивления биполярных транзисторов кварцевый резонатор в автогенераторах включают только между базой и коллектором.

Полевые транзисторы, в которых отсутствуют перечисленные выше недостатки электронных ламп и биполярных транзисторов, в настоящее время достаточно часто используются в схемах кварцевых генераторов.

Наиболее широкое применение нашли кварцевые генераторы на ПТ, выполненные по схеме ёмкостной трёхточки (рис. 8). Достоинствами такой схемы являются простота выполнения, отсутствие паразитных колебаний, малая рассеиваемая мощность, простота регулировки режима и наладки. Высокая стабильность генерируемой частоты при изменении питающего напряжения в схеме достигнута применением автоматического смещения (резистора в цепи истока) и использованием больших ёмкостей постоянных конденсаторов в цепях затвора и стока генераторного каскада (чем больше эти ёмкости, тем меньшее влияние на частоту колебаний будут оказывать нестабильные межэлектродные ёмкости транзистора). При вариации питающего напряжения от 3 до 9 В частота генератора изменяется не более чем на 1 Гц при номинальном значении 1МГц [10].

А.Г. Милехин

Литература:

  1. Гозлинг В. Применение полевых транзисторов. М., «Энергия», 1970.
  2. Барсуков Ф. И. Генераторы и селективные усилители низкой частоты. М., «Энергия», 1964.
  3. Гоноровский И. С Радиотехнические цепи и сигналы. М., «Советское радио», 1971.
  4. Ван дер Гиир. Перестройка RC-генератора в декадном диапазоне с помощью полевых транзисторов. — «Электроника», № 4, 1969.
  5. Крисилов Ю. Д. Автоматическая регулировка и стабилизация усиления транзисторных схем. М., «Советское радио», 1972.
  6. Проссер Л. Стабильные генераторы на полевых транзисторах. — «Электроника», 1966, № 20.
  7. Ханус, Мартинес. Стабильный НЧ мультивибратор с двумя ПТ. — «Электроника», 1967, №1.
  8. Илэд Л. Использование полевого транзистора для получения стабильного пилообразного напряжения. — «Электроника», 1966, № 16.
  9. Экспресс-информация «ПЭА и ВТ», 1973, № 47.
  10. Кинг Л. Стабильный кварцевый генератор на полевом транзисторе. — «Электроника», 1973, №13.
  11. Игнатов А.Н. Применение полевых транзисторов типа КП103 в аппаратуре связи. — В книге: Тенденции развития активных радиокомпонентов малой мощности. Новосибирск, «Наука», 1971.
BACK MAIN PAGE

Схемы генераторов высокой частоты

Предлагаемые генераторы высокой частоты предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

Рис. 12.1

Генераторы высокой частоты (рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3… 1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Рис. 12.2

 

Рис. 12.3

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

Генераторы высокой частоты, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза-земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.

Рис. 12.4

 

Рис. 12.5

На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГн до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Рис. 12.6

 

Рис. 12.7

 

Рис. 12.8

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям-бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Светодиод НИ стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

Рис. 12.9

 

Рис. 12.10

На рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосме-щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот — до нескольких ГГц.

Высокочастотный , по схеме очень напоминающий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].

Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 является схема генератора на рис. 12.12 [F 9/71-171; 3/85-131].

Этот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Рис. 12.11

 

Рис. 12.12

Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа основана на периодическом возбуждении колебательного контура (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбужденном таким образом колебательном контуре возникают постепенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебательном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматриваемых и известен с XIX века.

Практическая схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на колебательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в главах 7 и 8. Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.

Рис. 12.13

 

Рис. 12.14

Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 12.14 и 12.15.

Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Для этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный элемент (рис. 12.15).

Рис. 12.15

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шумящего элемента.

Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.


Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи / Арсенал-Инфо.рф

LC-генераторы на полевых транзисторах

В рассмотренных ранее схемотехнических решениях LC-генераторов в качестве активного элемента использовался биполярный транзистор. Однако при разработке миниатюрных радиопередатчиков и радиомикрофонов широко применяются схемы активных элементов, выполненных на полевых транзисторах. Главное достоинство полевых транзисторов, часто называемых канальными или униполярными, заключается в высоком входном сопротивлении, соизмеримом с входным сопротивлением электронных ламп. Особую группу составляют полевые транзисторы с изолированным затвором.

По переменному току полевой транзистор активного элемента высокочастотного генератора может быть включен с общим истоком, с общим затвором или с общим стоком. При разработке микропередатчиков чаще используются схемотехнические решения, в которых полевой транзистор по переменному току включен по схеме с общим стоком. Такая схема включения полевого транзистора аналогична схеме включения с общим коллектором для биполярного транзистора. В активном элементе, выполненном на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим стоком, нагрузка подключена в цепь истока транзистора, а выходное напряжение снимается с истока по отношению к шине корпуса.

Коэффициент усиления по напряжению такого каскада, часто называемого истоковым повторителем, близок к единице, то есть выходное напряжение практически равно входному. При этом фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами отсутствует. Истоковые повторители отличает сравнительно небольшое входное сопротивление при повышенном входном сопротивлении. Помимо этого для таких каскадов характерна малая входная емкость, что приводит к увеличению входного сопротивления на высоких частотах.

Одним из критериев классификации LC-генераторов на полевых транзисторах, как и генераторов на биполярных транзисторах, является схемотехническое решение цепи положительной обратной связи. В зависимости от примененной схемы цепи ПОС такие генераторы делятся на генераторы с индуктивной связью, с емкостной связью и трехточечные генераторы (так называемые трехточки). В генераторах с индуктивной связью цепь положительной обратной связи между входным и выходным электродами транзистора образована индуктивной связью, а в генераторах с емкостной связью – емкостной. В трехточечных ВЧ-генераторах, которые в свою очередь делятся на индуктивные и емкостные трехточки, резонансный контур подключен к активному элементу в трех точках.

Следует признать, что при разработке высокочастотных генераторов для миниатюрных радиопередающих устройств особой популярностью пользуются схемотехнические решения с полевыми транзисторами, основанные на применении индуктивной трехточки (схема Хартли). Дело в том, что на высоких частотах комплексное входное сопротивление полевого транзистора велико. Поэтому транзистор практически не шунтирует резонансный контур, то есть не оказывает никакого влияния на его параметры. Принципиальная схема одного из вариантов высокочастотного LC-генератора, выполненного по схеме Хартли на полевом транзисторе, включенном по переменному току по схеме с общим стоком, приведена на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Принципиальная схема LC-генератора на полевом транзисторе по схеме Хартли

В рассматриваемой схеме активный элемент LC-генератора выполнен на полевом транзисторе VT1, который по переменному току включен по схеме истокового повторителя, то есть с общим стоком. Электрод стока транзистора замкнут на шину корпуса через конденсатор С2. Резонансный контур образован включенными параллельно подстроечным конденсатором С1 и катушкой индуктивности L1, от параметров которых зависит частота генерируемых колебаний. Этот контур подключен в цепь затвора полевого транзистора VT1.

Возникшие в резонансном контуре колебания подаются на затвор транзистора VT1. При положительной полуволне входного сигнала на затвор поступает соответственно положительное напряжение, в результате чего возрастает проводимость канала, а ток стока растет. При отрицательной полуволне колебания на затвор поступает соответственно отрицательное напряжение, в результате чего проводимость канала снижается, а ток стока уменьшается. Снимаемое с электрода истока транзистора VT1 напряжение подается в резонансный контур, а именно на вывод катушки L1, которая по отношению к истоку транзистора включена по схеме повышающего автотрансформатора. Такое включение позволяет увеличить коэффициент передачи цепи положительной обратной связи до необходимого уровня, то есть обеспечивает соблюдение условия баланса амплитуд. Выполнение условия баланса фаз обеспечивается включением транзистора VT1 по схеме с общим стоком.

Соблюдение условий баланса амплитуд и баланса фаз приводит к возникновению устойчивых колебаний на частоте резонанса колебательного контура. При этом частота генерируемого сигнала может изменяться с помощью подстроечного конденсатора С1 колебательного контура. Выходной сигнал, формируемый генератором, снимается с электрода истока полевого транзистора VT1.

При конструировании высокочастотных генераторов для микропередатчиков нередко используются схемотехнические решения с полевыми транзисторами, основанные на применении емкостной трехточки (схема Колпитца). Принципиальная схема одного из вариантов высокочастотного LC-генератора, выполненного по схеме Колпитца на полевом транзисторе, включенном по переменному току по схеме с общим стоком, приведена на рис. 3.11.

Рис. 3.11. Принципиальная схема LC-генератора на полевом транзисторе по схеме Колпитца

Активный элемент данного LC-генератора выполнен на полевом транзисторе VT1, который по переменному току включен по схеме с общим стоком. При этом электрод стока транзистора замкнут на шину корпуса через конденсатор С5. Параллельный резонансный контур образован катушкой индуктивности L1 и конденсаторами С1 – С4, от параметров которых зависит частота генерируемых колебаний. Этот контур включен в цепь затвора полевого транзистора.

Возникшие в резонансном контуре колебания подаются на затвор транзистора VT1. Снимаемое с электрода истока транзистора VT1 напряжение через цепь обратной связи подается в резонансный контур, а именно в точку соединения конденсаторов С3 и С4, образующих емкостной делитель. Выбор соответствующих величин емкостей конденсаторов С3 и С4, а также необходимого соотношения этих величин позволяет подобрать такой уровень коэффициента передачи цепи положительной обратной связи, при котором обеспечивается соблюдение условия баланса амплитуд. Выполнение условия баланса фаз обеспечивается включением транзистора VT1 по схеме с общим стоком.

Соблюдение условий баланса амплитуд и баланса фаз обеспечивает возникновение устойчивых колебаний на частоте резонанса колебательного контура. При этом частота генерируемого сигнала может изменяться с помощью конденсатора С2 (грубая настройка) и конденсатора С1 (точная настройка). Выходной сигнал частотой около 5 МГц, формируемый генератором, снимается с электрода истока полевого транзистора VT1.

Russian Hamradio :: LC-генератор на полевых транзисторах.

При практическом конструировании возникает ситуация, когда необходим LC -генератор имеющий хорошую стабильность частоты. При выборе схемы автогенератора, иногда возникает затруднение: какой из них отдать предпочтение? В литературе на эту тему было опубликовано много самых различных схем, к примеру в статье [1] отмечены повышенная стабильность частоты и спектральная частота LC-генератора, собранного по схеме несимметричного мультивибратора на двойном вакуумном триоде. Было интересно сравнить работу этого устройства, выполненного на полевых транзисторах, с “емкостной трехточкой” на полевых транзисторах и “индуктивной трехточкой” на биполярном транзисторе, например задающий генератор прибора Г4-106.

При изготовлении схемы LC -генератора были использованы распространенные транзисторы типа КП303А с начальным током стока 2 мА и крутизной характеристики 3 мА/В. Добротность контура — 250, частота генерации — 12 МГц. Выходное напряжение генераторов 0,5В на нагрузке сопротивлением 50 Ом. Высокостабильных термокомпенсированных колебательных систем, определяющих долговременную стабильность частоты, мы не применяли. Принципиальная схема LC -генератор на полевых транзисторах приведена на рис.1.

Рис.1.

Налаживание первого генератора по схеме несимметричного мультивибратора с целью получения неискаженного синусоидального сигнала свелось к подборке резистора R1, его сопротивление находится в пределах от сотен ом до единиц килоом. При малом сопротивлении этого резистора для некоторых экземпляров полевых транзисторов оказалась возможной одновременная генерация сигнала формы “меандр” на основной частоте и прерывистых колебаний в частотном интервале 100 … 150 МГц. При большом сопротивлении резистора R1 генератор не возбуждается.

При нормальной работе этот генератор вырабатывает колебания, по форме близкие к синусоиде. Уровень второй и третьей гармоник — соответственно минус 40 и минус 60 дБ. То же для “емкостной трехточки” — минус 36 и минус 50 дБ, для “индуктивной трехточки” — минус 29 и минус 45 дБ. Следует отметить, что генераторы на биполярных транзисторах приходится усложнять с целью получения синусоидального сигнала с низким уровнем гармоник.

Кратковременную нестабильность частоты мы измеряли за 10с:

  • для первого генератора — 0,2 … 0,3 Гц,
  • для “емкостной трехточки” — 3 … 4 Гц,
  • для “индуктивной трехточки” — 0,3 … 0,8 Гц.

Уход частоты генератора за каждые 30 мин работы после двухчасового прогрева не превышал соответственно 80 Гц, 500 Гц и 80 Гц.

Для желающих повторить наш эксперимент, или применить схему данного генератора в своих конструкциях сообщаем дополнительные сведения:

  • дроссели L2 — ДМ-0,1-310, L3 — ДМ-0,1-100;
  • катушка L1 состоит из 15 витков провода диаметром 1 мм на каркасе диаметром 20 мм.

Проведенные исследования позволяют рекомендовать радиолюбителям шире использовать генератор по схеме несимметричного мультивибратора на полевых транзисторах. Этот генератор прост в налаживании и помимо отмеченных в начале статьи достоинств имеет только одну точку коммутации при переключении диапазонов. Это позволяет на его основе изготавливать для домашней лаборатории различные временные генераторы для настройки различных конструкций.

Д. Котиенко, Н. Туркин

1. А. Шадский “Стабильный диапазонный генератор” — Радио №1/63, с. 20, 21

схема генератора на транзисторе DIY

Радиолюбителям необходимо получать различные радиосигналы. Для этого необходимо наличие нч и вч генератора. Зачастую такой тип приборов называют генератор на транзисторе за его конструктивную особенность.

Работа генератора на транзисторе

Дополнительная информация. Генератор тока – это автоколебательное устройство, созданное и используемое для появления электрической энергии в сети или преобразования одного вида энергии в другой с заданной эффективностью.

Автоколебательные транзисторные приборы

Генератор на транзисторе разделяют на несколько видов:

  • по частотному диапазону выдаваемого сигнала;
  • по типу выдаваемого сигнала;
  • по алгоритму действия.

Частотный диапазон принято подразделять на следующие группы:

  • 30 Гц-300 кГц – низкий диапазон, обозначается нч;
  • 300 кГц-3 МГц – средний диапазон, обозначается сч;
  • 3-300 МГц – высокий диапазон, обозначается вч;
  • более 300 МГц – сверхвысокий диапазон, обозначается свч.

Так подразделяют диапазоны радиолюбители. Для звуковых частот используют промежуток 16 Гц-22 кГц и тоже делят его на низкие, средние и высокие группы. Эти частоты присутствуют в любом бытовом приёмнике звука.

Следующее разделение – по виду выдаваемого сигнала:

  • синусоидальный – происходит выдача сигнала по синусоиде;
  • функциональный – на выходе у сигналов появляется специально заданная форма, например, прямоугольная или треугольная;
  • генератор шума – на выходе наблюдается равномерный диапазон частот; диапазоны могут быть различны, в зависимости от нужд потребителя.

Транзисторные усилители различаются по алгоритму действия:

  • RC – основная область применения – низкий диапазон и звуковые частоты;
  • LC – основная область применения – высокие частоты;
  • Блокинг-генератор – используется для производства сигналов-импульсов с большой скважностью.

Деление частот

Изображение на электрических схемах

Для начала рассмотрим получение синусоидального типа сигнала. Самый известный генератор на транзисторе такого типа – генератор колебаний Колпитца. Это задающий генератор с одной индуктивностью и двумя последовательно соединёнными ёмкостями. С помощью него производится генерация требуемых частот. Оставшиеся элементы обеспечивают требуемый режим работы транзистора на постоянном токе.

Дополнительная информация. Эдвин Генри Колпитц – руководитель отдела инноваций «Вестерн Электрик» в начале прошлого века. Был пионером в разработке усилителей сигнала. Впервые произвёл радиотелефон, позволяющий разговаривать через Атлантику.

Также широко известен задающий генератор колебаний Хартли. Он, как и схема Колпитца, достаточно прост в сборке, однако требуется индуктивность с отводом. В схеме Хартли один конденсатор и две последовательно соединённые катушки индуктивности производят генерацию. Также в схеме присутствует дополнительная ёмкость для получения плюсовой обратной связи.

Схемы генераторов на транзисторах

Основная область применения вышеописанных приборов – средние и высокие частоты. Используют для получения несущих частот, а также для генерации электрических колебаний малой мощности. Принимающие устройства бытовых радиостанций также используют генераторы колебаний.

Все перечисленные области применения не терпят нестабильного приёма. Для этого в схему вводят ещё один элемент – кварцевый резонатор автоколебаний. В этом случае точность высокочастотного генератора становится практически эталонной. Она достигает миллионных долей процента. В принимающих устройствах радиоприёмников для стабилизации приёма применяют исключительно кварц.

Что касается низкочастотных и звуковых генераторов, то здесь есть очень серьёзная проблема. Для увеличения точности настройки требуется увеличение индуктивности. Но увеличение индуктивности ведёт к нарастанию размеров катушки, что сильно сказывается на габаритах приёмника. Поэтому была разработана альтернативная схема генератора Колпитца – генератор низких частот Пирса. В ней индуктивность отсутствует, а на её месте применён кварцевый резонатор автоколебаний. Кроме того, кварцевый резонатор позволяет отсечь верхний предел колебаний.

В такой схеме ёмкость не даёт постоянной составляющей базового смещения транзистора дойти до резонатора. Здесь могут формироваться сигналы до 20-25 МГц, в том числе звуковые.

Производительность всех рассмотренных устройств зависит от резонансных свойств системы, состоящей из емкостей и индуктивностей. Отсюда следует, что частота будет определена заводскими характеристиками конденсаторов и катушек.

Важно! Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе. Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.

Дополнительная информация. Презентация первого транзистора была проведена в 1947 г. Его производная – полевой транзистор, появился в 1953г. В 1956г. за изобретение биполярного транзистора была вручена Нобелевская премия в области физики. К 80-м годам прошлого века электронные лампы были полностью вытеснены из радиоэлектроники.

Функциональный транзисторный генератор

Функциональные генераторы на транзисторах автоколебания изобретены для производства методично повторяющихся сигналов-импульсов заданной формы. Форма их задаётся функцией (название всей группы подобных генераторов появилось вследствие этого).

Различают три основных вида импульсов:

  • прямоугольные;
  • треугольные;
  • пилообразные.

Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов. Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.

Получение пилообразных и треугольных сигналов происходит путём добавления в типовую схему с прямоугольными импульсами на выходе дополнительной цепочки. В зависимости от характеристик этой дополнительной цепочки, прямоугольные импульсы преобразуются в треугольные или пилообразные.

Блокинг-генератор

По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников. Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Генераторы импульсов на полевых транзисторах

Главное отличие полевых транзисторов – сопротивление на входе соизмеримо с сопротивлением электронных ламп. Схемы Колпитца и Хартли можно собирать и на полевых транзисторах, только катушки и конденсаторы необходимо подбирать с соответствующими техническими характеристиками. В противном случае генераторы на полевых транзисторах работать не будут.

Цепи, задающие частоту, подчиняются таким же законам. Для производства высокочастотных импульсов лучше приспособлен обычный прибор, собранный с использованием полевых транзисторов. Полевой транзистор не шунтирует индуктивность в схемах, поэтому генераторы вч сигнала работают более стабильно.

Регенераторы

LC-контур у генератора можно заменить путём добавления активного и отрицательного резистора. Это регенеративный путь получения усилителя. Такая схема обладает положительной обратной связью. Благодаря этому происходит компенсация потерь в колебательном контуре. Описанный контур называется регенерированным.

Генератор шума

Главное отличие – равномерная характеристика нч и вч частот в требуемом диапазоне. Это означает, что амплитудная характеристика всех частот этого диапазона не будет отличаться. Используются преимущественно в аппаратуре для измерений и в военной отрасли (особенно самолёто,- и ракетостроении). Кроме того, применяют для восприятия звука человеческим ухом – так называемый «серый» шум.

Простой звуковой генератор своими руками

Рассмотрим простейший пример – ревун. Понадобятся всего четыре элемента: плёночный конденсатор, 2 биполярных транзистора и резистор для подстройки. Нагрузкой будет электромагнитный излучатель. Для питания устройства достаточно простой батарейки на 9В. Работа схемы проста: резистор задаёт смещение на базу транзистора. Через конденсатор происходит обратная связь. Резистор для подстройки изменяет частоту. Нагрузка должна быть с высоким сопротивлением.

Схема звукового генератора

При всём многообразии типов, размеров и форм исполнения рассмотренных элементов мощных транзисторов для сверхвысоких частот до сих пор не придумано. Поэтому генераторы на транзисторах автоколебания применяют в основном для нч и вч диапазонов.

Видео

Схемы генераторов высокой частоты. Мощный генератор ВЧ на MOSFET-транзисторе Генератор вч работает на частоте 120 мгц

Предлагаемые генераторы высокой частоты предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

Генераторы высокой частоты (рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3… 1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

Генераторы высокой частоты, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза-земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.

На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГн до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям-бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Светодиод НИ стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

На рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосме-щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот — до нескольких ГГц.

Высокочастотный генератор частоты , по схеме очень напоминающий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].

Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 является схема генератора на рис. 12.12 .

Этот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа основана на периодическом возбуждении колебательного контура (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбужденном таким образом колебательном контуре возникают постепенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебательном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматриваемых и известен с XIX века.

Практическая схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на колебательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в главах 7 и 8. Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.

Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 12.14 и 12.15.

Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Для этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный элемент (рис. 12.15).

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шумящего элемента.

Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Юным радиолюбителям посвящается…

Предисловие

Радиосигнал, однажды сгенерированный, уносится в глубь Вселенной со скоростью света… Эта фраза, прочитанная в журнале «Юный техник» в далеком детстве произвела на меня очень сильное впечатление и уже тогда я твердо решил, что обязательно пошлю свой сигнал нашим «братьям по разуму», чего бы мне это не стоило. Но путь, от желания до воплощения мечты долог и непредсказуем…

Когда я только начинал заниматься радиоделом, мне очень хотелось построить портативную радиостанцию. В то время я думал, что она состоит из динамика, антенны и батарейки. Стоит только соединить их в правильном порядке и можно будет разговаривать с друзьями где-бы они не находились… Я изрисовал не одну тетрадку возможными схемами, добавлял всевозможные лампочки, катушки и проводки. Сегодня эти воспоминания вызывают у меня лишь улыбку, но тогда мне казалось, что еще чуть-чуть и чудо-устройство будет у меня в руках…

Я помню свой первый радиопередатчик. В 7 классе я ходил в кружок спортивной радиопеленгации (т.н. охоты на лис). В один из прекрасных весенних дней наша последняя «лиса» — приказала долго жить. Руководитель кружка, недолго думая, вручил мне её со словами — «… ну, ты там её почини…». Я наверное был страшно горд и счастлив, что мне доверили столь почетную миссию, но мои знания электроники на тот момент не дотягивали до «кандидатского минимума». Я умел отличать транзистор от диода и приблизительно представлял как они работают по отдельности, но как они работают вместе — для меня это было загадкой. Придя домой, я с благоговейным трепетом вскрыл небольшую металлическую коробочку. Внутри неё оказалась плата, состоящая из мультивибратора и генератора РЧ на транзисторе П416. Для меня это была вершина схемотехники. Самой загадочной деталью в данном устройстве была катушка задающего генератора (3,5МГц.), намотанная на броневом сердечнике. Детское любопытство пересилило здравый смысл и острая металлическая отвертка впилась в броневой кожух катушки. «Хрясь» — раздался хруст и кусок броневого корпуса катушки, со стуком упал на пол. Пока он падал, мое воображение уже нарисовало картину моего расстрела руководителем нашего кружка…

У этой истории был счастливый конец, правда случился он через месяц. «Лису» я все-таки починил, хотя точнее сказать — сделал её заново. Плата радиомаяка, сделанная из фольгированного гетинакса, не выдержала пыток моим 100 ваттным паяльником, дорожки отслоились от постоянной перепайки деталей… Пришлось плату делать заново. Спасибо моему папе, что принес (достал где-то с большим трудом) фольгированный гетинакс, а маме — за дорогой французский красный лак для ногтей, который я использовал для рисования платы. Новый броневой сердечник мне достать не удалось, но зато удалось аккуратно склеить старый клеем БФ… Отремонтированный радиомаяк радостно послал в эфир свое слабое «ПИ-ПИ-ПИ», но для меня это было сравни запуску первого искусственного спутника Земли, возвестившего человечеству о начале космической эры таким-же прерывистым сигналом на частоте 20 и 40 МГц. Вот такая история…

Схема устройства

В мире существует огромное количество схем генераторов, способных генерировать колебания различной частоты и мощности. Обычно, это достаточно сложные устройства на диодах, лампах, транзисторах или других активных элементах. Их сборка и настройка требует некоторого опыта и наличия дорогих приборов. И чем выше частота и мощность генератора, тем сложнее и дороже нужны приборы, тем опытнее должен быть радиолюбитель в данной теме.

Но сегодня, мне бы хотелось рассказать о достаточно мощном генераторе ВЧ, построенном всего на одном транзисторе. Причем работать этот генератор может на частотах до 2ГГц и выше и генерировать достаточно большую мощность — от единиц до десятков ватт, в зависимости от типа применяемого транзистора. Отличительной особенностью данного генератора, является использование симметричного дипольного резонатора, своеобразного открытого колебательного контура с индуктивной и емкостной связью. Не стоит пугаться такого названия — резонатор представляет собой две параллельные металлические полоски, расположенные на небольшом расстоянии друг от друга.

Свои первые опыты с генераторами подобного вида я проводил ещё в начале 2000-х годов, когда для меня стали доступны мощные ВЧ-транзисторы. С тех пор я периодически возвращался к этой теме, пока в середине лета на сайте VRTP.ru не возникла тема по использованию мощного однотранзисторного генератора в качестве источника ВЧ-излучения для глушения бытовой техники (музыкальных центров, магнитол, телевизоров) за счет наведения модулированных ВЧ-токов в электронных схемах этих устройств. Накопленный материал и лег в основу данной статьи.

Схема мощного генератора ВЧ, достаточно проста и состоит из двух основных блоков:

  1. Непосредственно сам автогенератор ВЧ на транзисторе;
  2. Модулятор — устройство для периодической манипуляции (запуска) генератора ВЧ сигналом звуковой (любой другой) частоты.

Детали и конструкция

«Сердцем» нашего генератора является высокочастотный MOSFET-транзистор . Это достаточно дорогостоящий и мало распространенный элемент. Его можно купить за приемлемую цену в китайских интернет-магазинах или найти в высокочастотном радиооборудовании — усилителях/генераторах высокой частоты, а именно, в платах базовых станций сотовой связи различных стандартов. В своем большинстве эти транзисторы разрабатывались именно под данные устройства.
Такие транзисторы, визуально и конструктивно отличаются от привычных с детства многим радиолюбителям КТ315 или МП38 и представляют собой «кирпичики» с плоскими выводами на мощной металлической подложке. Они бывают маленькие и большие в зависимости от выходной мощности. Иногда, в одном корпусе располагаются два транзистора на одной подложке (истоке). Вот как они выглядят:


Линейка внизу, поможет вам оценить их размеры. Для создания генератора могут быть использованы любые MOSFET-транзисторы. Я пробовал в генераторе следующие транзисторы: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E — все они работают. Вот как данные транзисторы выглядят внутри:


Вторым, необходимым материалом для изготовления данного устройства является медь . Необходимы две полоски данного металла шириной 1-1,5см. и длинной 15-20см (для частоты 400-500 МГц). Можно сделать резонаторы любой длинны, в зависимости от желаемой частоты генератора. Ориентировочно, она равна 1/4 длинны волны.
Я использовал медь, толщиной 0,4 и 1 мм. Менее тонкие полоски — будут плохо держать форму, но в принципе и они работоспособны. Вместо меди, можно использовать и латунь . Резонаторы из альпака (вид латуни) тоже успешно работают. В самом простом варианте, резонаторы можно сделать из двух кусочков проволоки, диаметром 0,8-1,5 мм.

Помимо ВЧ-транзистора и меди, для изготовления генератора понадобится микросхема 4093 — это 4 элемента 2И-НЕ с триггерами Шмитта на входе. Её можно заменить на микросхему 4011 (4 элемента 2И-НЕ) или её российский аналог — К561ЛА7 . Также можно использовать другой генератор для модуляции, например, собранный на таймере 555 . А можно вообще исключить из схемы модулирующую часть и получить просто ВЧ-генератор.

В качестве ключевого элемента применен составной p-n-p транзистор TIP126 (можно использовать TIP125 или TIP127, они отличаются только максимально допустимым напряжением). По паспорту он выдерживает 5А, но очень сильно греется. Поэтому необходим радиатор для его охлаждения. В дальнейшем, я использовал P-канальные полевые транзисторы типа IRF4095 или P80PF55 .

Сборка устройства

Устройство может быть собрано как на печатной плате, так и навесным монтажом с соблюдением правил для ВЧ-монтажа. Топология и вид моей платы приведены ниже:

Эта плата рассчитана на транзистор типа MRF19125 или PTFA211801E . Для него прорезается отверстие в плате, соответствующее размеру истока (теплоотводящей пластины).
Одним из важных моментов сборки устройства является обеспечение теплоотвода от истока транзистора. Я применил различные радиаторы, подходящие по размеру. Для кратковременных экспериментов — таких радиаторов достаточно. Для долговременной работы — необходим радиатор достаточно большой площади или применение схемы обдува вентилятором.
Включение устройства без радиатора, чревато быстрым перегревом транзистора и выходом из строя этого дорогостоящего радиоэлемента.

Для экспериментов, мною были изготовлены несколько генераторов по разные транзисторы. Также я сделал фланцевые крепления полосковых резонаторов, чтобы можно было их менять без постоянного нагрева транзистора. Представленные ниже фотографии помогут вам разобраться в деталях монтажа.































Запуск устройства

Перед запуском генератора, необходимо еще раз проверить правильность его соединений, чтобы у вас не образовалась весьма не дешёвая кучка транзисторов с надписью «Сгорел».


Первый запуск, желательно производить с контролем потребляемого тока. Этот ток, можно ограничить до безопасного уровня использовав резистор на 2-10 Ом в цепи питания генератора (коллектор или сток модулирующего транзистора).
Работу генератора можно проверить различными приборами: поисковым приемником, сканером, частотомером или просто энергосберегающей лампой. ВЧ-излучение, мощностью более 3-5 Вт, заставляет её светиться.

ВЧ-токи легко нагревают некоторые материалы вступающие с ними в контакт в т. ч. и биологические ткани. Так, что будьте осторожны, можно получить термический ожог прикоснувшись к оголенным резонаторам (особенно при работе генераторов на мощных транзисторах). Даже небольшой генератор на транзисторе MRF284, при мощности всего около 2-х ватт — легко сжигает кожу рук, в чем вы можете убедиться на этом видео:

При некотором опыте и достаточной мощности генератора, на конце резонатора, можно зажечь т.н. «факел» — небольшой плазменный шарик, который будет подпитываться ВЧ-энергией генератора. Для этого достаточно просто поднести зажженную спичку к острию резонатора.

Т.н. «факел» на конце резонатора.

Помимо этого, можно зажечь ВЧ-разряд между резонаторами. В некоторых случаях, разряд напоминает крошечную шаровую молнию хаотично перемещающуюся по всей длине резонатора. Как это выглядит вы можете увидеть ниже. Несколько увеличивается потребляемый ток и во всем доме «гаснут» многие каналы эфирного телевидения))).

Применение устройства

Помимо этого, наш генератор может быть применен для изучения воздействия ВЧ-излучения на различные устройства, бытовую аудио и радиоаппаратуру с целью изучения их помехоустойчивости. Ну и конечно, с помощью данного генератора можно послать сигнал в космос, но это уже другая история…

P.S. Не следует путать этот ВЧ-автогенератор с различными EMP-jammers. Там генерируются импульсы высокого напряжения, а наше устройство генерирует излучение высокой частоты.

Высокочастотные генераторы служат для образования колебаний электрического тока в интервале частот от нескольких десятков килогерц до сотен мегагерц. Такие устройства создают с применением контуров колебаний LС или резонаторов на кварцах, которые являются элементами задания частоты. Схемы работы остаются такими же. В некоторых цепях контуры гармонических колебаний заменяются .

Генератор ВЧ

Устройство для остановки электросчетчика энергии служит для питания электроприборов бытового назначения. Его выходное напряжение 220 вольт, потребляемая мощность 1 киловатт. Если в приборе применить составляющие элементы с характеристиками мощнее, то от него можно запитывать более мощные устройства.

Такой прибор включается в розетку бытовой сети, от него идет питание на нагрузку потребителей. Схема электрических проводов не подвергается каким-либо изменениям. Систему заземления подключать нет необходимости. Счетчик при этом работает, но учитывает примерно 25% энергии сети.

Действие устройства остановки в подключении нагрузки не к питанию сети, а к конденсатору. Заряд этого конденсатора совпадает с синусоидой напряжения сети. Заряд происходит высокочастотными импульсами. Ток, который расходуется потребителями из сети, состоит из высокочастотных импульсов.

Счетчики (электронные) имеют преобразователь, который не чувствителен к высоким частотам. Поэтому, расход энергии импульсного вида счетчик учитывает с отрицательной погрешностью.

Схема прибора

Главные составляющие элементы прибора: выпрямитель, емкость, транзистор. Конденсатор подключен по последовательной цепи с выпрямителем, когда выпрямитель производит работу на транзистор, заряжается в данный момент времени до размера напряжения линии питания.

Зарядка осуществляется частотными импульсами 2 кГц. На нагрузке и емкости напряжение близко к синусу на 220 вольт. Для ограничения тока транзистор в период заряда емкости, предназначен резистор, подключенный с каскадом ключа по последовательной схеме.

Генератор выполнен на логических элементах. Он образует импульсы 2 кГц с амплитудой на 5 вольт. Сигнальная частота генератора определена свойствами элементов С2-R7. Такие свойства могут использоваться для настройки максимальной погрешности учета расхода энергии. Создатель импульсов выполнен на транзисторах Т2 и Т3. Он предназначен для управления ключом Т1. Создатель импульсов рассчитан так, что транзистор Т1 начинает насыщаться в открытом виде. Поэтому на нем расходуется небольшая мощность. Транзистор Т1 тоже закрывается.

Выпрямитель, трансформатор и остальные элементы создают блок питания низкой стороны схемы. Такой блок питания работает на 36 В для микросхемы генератора.

Сначала делают проверку блока питания отдельно от схемы с низким напряжением. Блок должен создавать ток выше 2-х ампер и напряжение 36 вольт, 5 вольт для генератора с малой мощностью. Далее делают наладку генератора. Для этого отключают силовую часть. От генератора должны идти импульсы размером 5 вольт, частотой 2 килогерца. Для настройки выбирают конденсаторы С2 и С3.

Создатель импульсов при проверке должен выдавать импульсный ток на транзисторе около 2 ампер, иначе транзистор выйдет из строя. Для проверки такого состояния включают шунт, при выключенной силовой схеме. Напряжение импульсов на шунте измеряют осциллографом на работающем генераторе. Основываясь на расчете, вычисляют значение тока.

Далее, проверяют силовую часть. Восстанавливают все цепи по схеме. Конденсатор отключают, вместо нагрузки применяют лампу. При подключении прибора напряжение при нормальной работоспособности прибора должно равняться 120 вольт. На осциллографе видно напряжение нагрузки импульсами с частотой, определенной генератором. Импульсы модулируются синусом напряжения сети. На сопротивлении R6 – импульсами выпрямленного напряжения.

При исправности устройства включают емкость С1, в результате напряжение повышается. При дальнейшем повышении размера емкости С1 доходит до 220 вольт. Во время этого процесса нужно контролировать температуру транзистора Т1. При сильном нагревании на небольшой нагрузке возникает опасность, что он не вошел в режим насыщения или не осуществилось полное закрытие. Тогда нужно сделать настройку создания импульсов. На практике такого нагрева не наблюдается.

В итоге, подключается нагрузка по номиналу, определяется емкость С1 такого значения, чтобы создать для нагрузки напряжение 220 вольт. Емкость С1 выбирают осторожно, с небольших значений, потому что повышение емкости резко повышает ток транзистора Т1. Амплитуду токовых импульсов определяют, если подключить осциллограф к резистору R6 по параллельной схеме. Импульсный ток не поднимется выше допускаемого для определенного транзистора. Если нужно, то ток ограничивают путем повышения значения сопротивления резистора R6. Оптимальным решением будет выбрать наименьший размер емкости конденсатора С1.

При данных радиодеталях прибор рассчитан на потребление 1 киловатта. Чтобы повысить мощность потребления, нужно применить более мощные силовые элементы ключа на транзисторе и выпрямителя.

При выключенных потребителях устройство расходует немалую мощность, учитываемую счетчиком. Поэтому лучше выключать этот прибор при отключенной нагрузки.

Принцип работы и конструкция полупроводникового генератора ВЧ

Генераторы высокой частоты выполнены на широко применяемой схеме. Различия генераторов заключаются в цепочке RС эмиттера, которая задает транзистору режим по току. Для образования обратной связи в цепи генератора от индуктивной катушки создают вывод клеммы. Генераторы ВЧ работают нестабильно на из-за влияния транзистора на колебания. Свойства транзистора могут измениться при колебаниях температуры и разности потенциалов. Поэтому образующаяся частота не остается постоянной величиной, а «плавает».

Чтобы транзистор не влиял на частоту, нужно уменьшить связь контура колебаний с транзистором до минимальной. Для этого нужно снизить размеры емкостей. На частоту оказывает влияние изменение нагрузочного сопротивления. Поэтому нужно между нагрузкой и генератором включить повторитель. Для подключения напряжения к генератору применяют постоянные блоки питания с небольшими импульсами напряжения.

Генераторы, сделанные по схеме, изображенной выше, имеют максимальные характеристики, собраны на . Во многих схемах генераторов ВЧ сигнал выхода снимается с контура колебаний через небольшой конденсатор, а также с электродов транзистора. Здесь нужно учесть, что вспомогательная нагрузка контура колебаний изменяет его свойства и частоту работы. Часто это свойство применяют для замера разных физических величин, для проверки технологических параметров.

На этой схеме показан измененный генератор высокой частоты. Значение обратной связи и лучшие условия возбуждения выбирают при помощи элементов емкости.

Из всего количества схем генераторов выделяются варианты с ударным возбуждением. Они действуют за счет возбуждения контура колебаний сильным импульсом. В итоге электронного удара в контуре образуются затухающие колебания по синусоидальной амплитуде. Такое затухание происходит из-за потерь в контуре гармонических колебаний. Скорость таких колебаний вычисляется по добротности контура.

Сигнал ВЧ на выходе будет стабильным в том случае, если импульсы будут иметь высокую частоту. Такой вид генераторов самый старый из всех рассматриваемых.

Ламповый генератор ВЧ

Чтобы получить плазму с определенными параметрами, необходимо подвести необходимую величину к разряду мощности. Для эмиттеров на плазме, работа которых основана на разряде высокой частоты, применяется схема подведения мощности. Схема изображена на рисунке.

На лампах преобразовывает энергию электрического постоянного тока в переменный ток. Главным элементом работы генератора стала электронная лампа. В нашей схеме это тетроды ГУ-92А. Это устройство представляет собой электронную лампу на четырех электродах: анод, экранирующая сетка, управляющая сетка, катод.

Сетка управления, на которую поступает сигнал высокой частоты малой амплитуды, закрывает часть электронов, когда сигнал характеризуется отрицательной амплитудой, и повышает ток на аноде, при положительном сигнале. Экранирующая сетка создает фокус электронного потока, увеличивает усиление лампы, снижает емкость прохода между сеткой управления и анодом в сравнении с 3-электродной системой в сотни раз. Это уменьшает выходные искажения частот на лампе при действии на высоких частотах.

Генератор состоит из цепей:

  1. Цепь накала с питанием низкого напряжения.
  2. Цепь возбуждения и питания сетки управления.
  3. Цепь питания сетки экрана.
  4. Анодная цепь.

Между антенной и выходом генератора находится ВЧ трансформатор. Он предназначен для отдачи мощности на эмиттер от генератора. Нагрузка контура антенны не равна величине отбираемой наибольшей мощности от генератора. Эффективность передачи мощности от каскада выхода усилителя к антенне может быть достигнута при согласовании. Элементом согласования выступает емкостный делитель в цепи контура анода.

Элементом согласования может работать трансформатор. Его наличие необходимо в разных согласующих схемах, потому что без трансформатора не осуществится высоковольтная развязка.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.

Схемы Генераторов УКВ » Страница 2 » Паятель.Ру


Расчет элементов и параметров генератора. Профессиональный расчет элементов схемы генератора довольно сложен, к тому же радиолюбителям нет смысла делать такие расчеты. Далее мною предлагается вашему вниманию простейшие (прикидочные) расчеты наиболее важных элементов и параметров схемы генератора.

Сначала следует выписать на отдельный листок справочные данные по применяемому транзистору и назначить (примерно) требуемую выходную мощность генератора. Для упрощения расчета принимаем, что контур L2C6 и резистор R4 отсутствуют и что коллектор VT1 непрямую соединен с шиной питания 10В.


Лучшей проверкой правильности выбора индуктивности дросселей в генераторе является измерение в шине питания высокочастотной составляю щей напряжения при работающем генераторе.

Высокочастотной составляющей не должно быть либо она должна составлять доли вольта (обычно несколько микровольт для типичного транзисторного генератора). Если сигнале ВЧ в шине питания нет, то реактивное сопротивление достаточно вели ко. Затем нужно измерить падение напряжения на дросселе на постоянном токе. Оно также должно составлять доли вольта (микровольты).

Приведенный выше расчет элементов схемы достаточен для осмысленного выбора любого элементе из любой приведенной ниже схемы генераторов

На рис. 5 3 приведена схема генератора, выполненного на полевом транзисторе Генераторы, выполненные на базе полевых транзисторов отличаются малыми шумами и хорошей стабильностью генерируемой частоты.

На рис 5.4 и рис. 5.5 приведены схемы транзисторных генераторов, выполненных по схеме индуктивной тректочки.

По стабильности генерируемой частоты генераторы по схеме индуктивной трехточки не отличаются от генераторов, выполненных по схеме емкостной трехточки. Расчеты элементов схемы можно проводить по приведенным выше формулам. Следует учесть, что величина напряжения обратной связи в этих генераторах зависит от места отвода в контурной катушке, к которому подается обратная связь с эмиттера транзистора VT1.

Можно считать, что если отвод от контурной катушки выполнен от середины, то напряжение обратной связи равно половине выходного напряжения. При перемещении отвода к заземленному (по ВЧ) концу катушки напряжение обратной связи уменьшается. И, наоборот, при удалении отвода от заземленного конца катушки напряжение обратной связи увеличивается.

Помните, что когда мы говорим об обратной связи в схеме генератора, то имеем в виду положительную обратную связь, которая усиливает основной сигнал на входе Бывает также и отрицательная обратная связь, ослабляющая сигнал на входе. Отрицательная обратная связь часто применяется в усилителях низкой частоты для улучшения качества усиливаемого сигнала.

Две схемы генераторов.

На рис. 5.6 показана электрическая принципиальная схема генератора, часто применяемая на частотах до 450 МГц.

В схеме рис. 5.6 транзистор задействован по схеме с общей базой Обратная связь осуществляется через конденсатор С1 и зависит от величины емкости этого конденсатора. На частотах порядка 400 МГц емкость С1 должна быть равна (примерно) 1…2 пФ, на более низких частотах емкость С1 должна иметь большую величину и может составлять 10…30 пФ.

На рис 5.7 показана схема еще одного простого генератора.
В этом генераторе транзистор подключен по схеме с общим коллектором. Колебательный контур располагается в цепи базы Особенностью схемы является междуэлектродная положительная обратная связь, которая всегда присутствует в транзисторах и при более высокой частоте получается довольно большая величина обратной связи.

С понижением частоты эта обратная связь уменьшается Большие неприятности междуэлектродная.
обратная связь доставляет при изготовлении усилителей высокой частоты. Если не предпринимать никаких действий по её нейтрализации, усилитель превращается в генератор, как говорят начинает возбуждаться.

Для частоты 50 МГц элементы схемы имеют следующие значения С1 = 22 пФ, С2 = 100 пФ, катушка L1 имеет 10 витков на каркасе диаметром 4 мм.

Для частоты 1500 МГц значения следующие С1 = 0,5 пФ, С2 = 3.3 пФ контур 11 выполнен в виде отрезка медного провода диаметром 1,5 мм и длиной 25 мм, который расположен параллельно основанию платы на высоте 3…4 мм.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

(PDF) Математическое и схемотехническое моделирование генератора хаоса на основе полевого транзистора

1362

ЖУРНАЛ КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЭЛЕКТРОНИКИ Vol. 52 № 12 2007

ГРИГОРЬЕВ и др.

Наблюдаются чередующиеся регулярные колебания с разными периодами

и окна хаоса. Сравнение

бифуркационных диаграмм, представленных на рис. 2a и 6

показывает, что математическая и схемная модели

демонстрируют не только схожие типы динамического поведения, но и качественное совпадение

в динамике эволюции

колебательных режимов в системе при одном и том же параметре

. разнообразен.

С точки зрения разработки генератора

с постоянной спектральной плотностью мощности в заданной полосе частот

значения сопротивления в диапазоне от 295

до 305 Ом представляют особый интерес, так как это область

хаотические режимы с наибольшими значениями local max-

ima и, следовательно, потенциально наивысшей эффективностью.

Спектр мощности, характерный для этой области

для RS = 300 Ом, показан на рис.7а. Наблюдаемый абсолютный максимум

соответствует характеристической частоте колебательного контура

, f = 0,337 МГц.

Большая часть мощности (до 95%) хаотического сигнала

сосредоточена в полосе частот от fL = 100 кГц

до fH = 400 кГц. Следовательно, этот сигнал можно рассматривать как сверхширокополосный сигнал. Относительная полоса этого сигнала

равна (= 1,2> 0,25, где fC =

— центральная частота полосы генерации.

Для увеличения рабочих частот генератора

и адаптации схемы к работе с активным элементом

, характеризующимся меньшей мощностью, схема была смоделирована в пакете ADS с помощью приложения

, описанного выше. описана методика пересчета параметров схемы (7).

На рисунке 7б показан спектр мощности схемы

с пересчитанными параметрами пассивных элементов.

Для процедуры пересчета колебательный контур

частота 2.Выбраны 02 МГц (в шесть раз больше начального значения) и активный элемент

с крутизной S = 0,97 A / V (одна —

пятая от начального значения). Спектр

сохраняет свои сверхширокополосные свойства, а абсолютный максимум

на графике примерно соответствует

2,02 МГц.

Анализ графиков показывает, что как математическая, так и схемная модели

демонстрируют сверхширокополосную генерацию

, а абсолютный максимум в спектральной плотности мощности

соответствует характеристической частоте

колебательного контура. .Кроме того, мощность

спектров модели до и после пересчета

параметров качественно схожа.

fHfL

—

fC

—————— fHfL

+

2

———— ——

ВЫВОДЫ

Был смоделирован генератор на основе генератора Колпитца с полевым транзистором

. Предложена и исследована модель, демонстрирующая хаотическое поведение

. Получены аналогичные соотношения, позволяющие масштабировать частотный диапазон генерации

и использовать транзисторы с различными значениями крутизны тока. –Напряженная характеристика —

теристическая.

Возможность применения производных соотношений в математических и схемных моделях

была показана на конкретных примерах

.

БЛАГОДАРНОСТИ

Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований

(проект № 05-02-

17667) и Министерства науки и образования Российской Федерации

(в рамках специального проекта). аналитическая

ведомственная программа Развитие потенциала

ВУЗов (2006–2007 гг.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В.Я. Кислов, Радиотех. Электрон. (Москва) 38, 1783

(1993).

2. Максимов Н.А., Панас А.И., Заруб. Радиоэлектрон.

Успехи современной радиоэлектроники, № 11, 61

(2000).

3. Дмитриев А.С., Кяргинский Б.Е., Максимов Н.А.,

и др., Радиотехника, № 3, 9 (2000).

4. М. П. Кеннеди, IEEE Trans. Circuits Syst. 41, 771

(1994).

5. О. Фео, Г.Maggio, M. Kennedy, Int. J. Bifurcation

Chaos Appl. Sci. Англ. 10, 935 (2000).

6. Дмитриев А.С., Ефремова Е.В., Хилинский А.Д.,

Препринт № 5 (633), ИРЭ РАН (Москва, ИРЭ РАН,

2003).

7. Ю. Андреев В., Дмитриев А.С., Ефремова Е.В. и др.,

Int. J. Bifurcation Chaos Appl. Sci. Англ. 15, 3639

(2005).

8. Дмитриев А.С., Клецов А.В., Лактюшкин А.М. и др.,

Радиотех.Электрон. (Москва) 51, 1193 (2006) [J.

Commun. Technol. Электрон. 51, 1126 (2006)].

9. Атанов Н.В., Дмитриев А.С., Ефремова Е.В., Н.А.

Максимов, Письма Ж. Тех. Физ. 32 (15), 1 (2006)

[Tech. Phys. Lett. 32, 645 (2006)].

10. Ефремова Э.В., Атанов Н.В., Шевченко Ю.В. А. Дмитриев, Изв.

Высш. Учебн. Завед., Прикл. Нелинейная дин., № 1,

23 (2007).

11. Буланьков А.Н., Петров Б.Е. // Радиотех.Электрон.

(Москва) 51, 1347 (2006) [J. Commun. Technol. Электрон-

трон. 51, 1271 (2006)].

12. Ефремова Е.В. Кандидатская диссертация по математике

Физика и физика (МФТИ, Москва, 2003).

Нестехиометрический металл-оксидно-полупроводниковый полевой транзистор SixN для компактного генератора случайных чисел со скоростью генерации 0,3 Мбит / с

TY — JOUR

T1 — Нестехиометрический металл-оксидно-полупроводниковый полевой транзистор SixN для компактный генератор случайных чисел с 0.Скорость генерации 3 Мбит / с

AU — Мацумото, Мари

AU — Ohba, Ryuji

AU — Yasuda, Shin Ichi

AU — Uchida, Ken

AU — Tanamoto, Fubujumi

AU —

PY — 2008/8/8

Y1 — 2008/8/8

N2 — Спрос на случайные числа для приложений безопасности растет. Обычный генератор случайных чисел с использованием теплового шума может генерировать непредсказуемые случайные числа высокого качества, но схема чрезвычайно велика из-за большой схемы усилителя для небольшого теплового сигнала.С другой стороны, генератор псевдослучайных чисел мал, но качество случайности плохое. Для небольшой схемы и высокого качества случайности мы используем нестехиометрический SixN-металл-оксид-полупроводниковый источник шума на полевом транзисторе (MOSFET). Это устройство генерирует очень сильный шумовой сигнал без схемы усилителя. В результате показано, что, используя SiN MOSFET, мы можем получить компактный генератор случайных чисел с высокой скоростью генерации около 1 Мбит / с, который подходит почти для всех приложений безопасности.

AB — Спрос на случайные числа для приложений безопасности растет. Обычный генератор случайных чисел с использованием теплового шума может генерировать непредсказуемые случайные числа высокого качества, но схема чрезвычайно велика из-за большой схемы усилителя для небольшого теплового сигнала. С другой стороны, генератор псевдослучайных чисел мал, но качество случайности плохое. Для небольшой схемы и высокого качества случайности мы используем нестехиометрический SixN-металл-оксид-полупроводниковый источник шума на полевом транзисторе (MOSFET).Это устройство генерирует очень сильный шумовой сигнал без схемы усилителя. В результате показано, что, используя SiN MOSFET, мы можем получить компактный генератор случайных чисел с высокой скоростью генерации около 1 Мбит / с, который подходит почти для всех приложений безопасности.

кВт — MOSFET

кВт — Повсеместная сеть

кВт — Нестехиометрический SiN

кВт — Генератор случайных чисел

кВт — Безопасность

UR — http://www.scopus.com/inward/record.url? scp = 55149109244 & partnerID = 8YFLogxK

UR — http://www.scopus.com/inward/citedby.url?scp=55149109244&partnerID=8YFLogxK

U2 — 10.1143 / JJAP.47.6192 / JJAP.47.6192 — 10.1143 / JJAP.47.6192

M3 — Статья

AN — SCOPUS: 55149109244

VL — 47

SP — 6191

EP — 6195

JO — Японский журнал прикладной физики, Часть 1: Обычные статьи и короткие заметки

JF — Японский

JF Журнал прикладной физики, Часть 1: Обычные статьи и короткие заметки

SN — 0021-4922

IS — 8 ЧАСТЬ 1

ER —

Полевой транзистор

— обзор

1.2 Собственный вклад полупроводников

Полевые транзисторы с гетеропереходом образуются между полупроводниками с различным составом, постоянными решетки и шириной запрещенной зоны, например, AlGaAs / GaAs и InGaAs / InP. Схематическое поперечное сечение обычной HEMT-структуры n -AlGaAs показано на рис. 2. Указаны типичная плотность легирования и толщина различных эпитаксиальных слоев. Размеры как AlGaAs типа n, , так и нелегированного разделительного слоя AlGaAs имеют решающее значение при определении поведения устройства.Эти слои обозначены как d и d o , соответственно, на рис. 2.

Рис. 2. Структура слоев обычного HEMT.

Идея модулирующего легирования состоит в том, чтобы отделить носители от ионизированных примесей, чтобы они могли достичь подвижности, на которую не влияют явления рассеяния из-за дефектов кристаллической структуры, тепловых колебаний решетки и примесей в кристалле. Для выращивания пластины устройства на полуизолирующей подложке GaAs выращивают несколько различных слоев: сначала нелегированный слой GaAs, затем нелегированный спейсер AlGaAs и, наконец, слой GaAs типа n под контактами стока и истока.

В этой многослойной структуре электроны естественным образом переносятся из верхнего легированного n -AlGaAs (более высокая запрещенная зона) в нижний нелегированный слой GaAs (нижняя запрещенная зона), образуя таким образом двумерный электронный газ (2-DEG) с высокая концентрация листовых носителей на границе гетероструктуры. Поскольку край зоны проводимости GaAs находится ниже донорных состояний в AlGaAs, свободные электроны диффундируют из донорных состояний AlGaAs в донорные состояния GaAs.

Зонные диаграммы двух полупроводников с их энергиями Ферми ϵ f1 и ϵ f2 , работой выхода ϕ 1 и ϕ 2 , сродством к электрону χ 1 и χ gap и зонной зоной энергии E г 1 и E г 2 , показаны на рис.3 до и после образования стыка. Работа выхода — это энергия, необходимая для возбуждения электрона с уровня Ферми в вакуум. Сродство к электрону — это энергия, необходимая для возбуждения электрона со дна зоны проводимости в вакуум.

Рис. 3. Зонная диаграмма гетероперехода до и после контакта.

Полученный профиль потенциальной энергии электронов показывает, как заряд, вносимый атомами примеси, передается в слой GaAs справа от гетероперехода.Перенесенные электроны удерживаются слоями GaAs из-за энергетического барьера на гетерогранице.

В конструкции полевого транзистора этот двухуровневый слой используется в качестве области канала. Концентрация листового носителя ( n s ) контролируется приложением потенциала к металлическому затвору барьера Шоттки, помещенному на слой n -AlGaAs. Увеличение отрицательного смещения, приложенного к затвору, уменьшает глубину (по энергии электронов) потенциальной ямы на границе AlGaAs / GaAs.Обратите внимание, что смещение MESFET на выводе затвора контролирует глубину незаполненного канала, а смещение затвора HEMT контролирует плотность несущей. Однако оба этих эффекта приводят к контролю максимального тока в канале.

Протекание тока в канале полевого транзистора происходит через омические контакты стока и истока, расположенные по обе стороны от металлизации затвора и параллельно ей. При низких значениях смещения сток-исток ток течет от стока к истоку через электронный газ.В этом случае средняя скорость носителей линейно пропорциональна напряженности поля. Это записывается как

v = μnE

, где E — напряженность электрического поля, а μ n — подвижность электронов в слабом поле. Эта подвижность обычно сильно зависит от плотности легирования.

Для высоких значений электрического поля, когда уровни смещения сток-исток увеличиваются, установившаяся скорость несущей становится ограниченной, а уровни тока насыщаются.Ток насыщения определяется в первую очередь плотностью листовых носителей 2-DEG, образующихся в структуре.

По этой причине добавлен нелегированный слой AlGaAs между AlGaAs типа n и нелегированным GaAs. Этот слой d o называется разделительным слоем и служит для отделения электронов, протекающих в 2-DEG, от ионов легирующей примеси в материале с широкой запрещенной зоной. Без такого слоя электроны в 2-градусе могут сталкиваться с ионизированной легирующей примесью.Эти столкновения называются событиями рассеяния и имеют эффект временной случайности направления движения частицы. Затем электрическое поле снова начинает ускорять частицу, пока не произойдет следующее событие рассеяния. Это рассеяние снижает подвижность электронов и, следовательно, уменьшает эффект, используемый в устройстве. На рис. 4 представлены классические ВАХ HEMT 4 × 75 мкм.

Рисунок 4. Классические ВАХ HEMT.

До сих пор рассматривался только обычный AlGaAs / GaAs HEMT.Однако для получения лучших характеристик шума и мощности в настоящее время часто используются псевдоморфные HEMT. Одним из способов улучшения характеристик HEMT является использование InGaAs в качестве материала канала двумерного электронного газа вместо GaAs. Преимущества использования тонкого слоя InGaAs в качестве псевдоморфного канала в HEMT включают улучшенный перенос электронов в InGaAs по сравнению с GaAs, улучшенное удержание носителей в канале квантовой ямы и разрыв зоны проводимости слоя на гетерогранице AlGaAs / InGaAs, что позволяет даже более высокая плотность заряда слоя и, следовательно, более высокая плотность тока и крутизна, чем это возможно с обычным HEMT на основе AlGaAs / GaAs.

Как видно на рис. 5, псевдоморфный HEMT на основе GaAs отличается от обычного AlGaAs / GaAs HEMT тонким (обычно 50–200 Å) слоем In x Ga 1− x As ( x = 0,15–0,35) вставлен между легированным барьерным слоем AlGaAs и буфером GaAs. Существует несоответствие постоянных решетки между канальным слоем InGaAs и донорным слоем AlGaAs и буферным слоем GaAs, но деформация из-за этого несоответствия решеток полностью воспринимается тонкой квантовой ямой InGaAs.

Рисунок 5. Послойная структура псевдоморфного HEMT.

Таким образом, в HEMT используются два типа различных контактов металл – полупроводник. Контакт затвора с барьером Шоттки и омические контакты стока и истока рассмотрены более подробно.

Биполярные переходные и полевые транзисторы (BJT и полевые транзисторы)

Слово «транзистор» относится к полупроводниковому устройству, которое может выполнять переключение и усиление. Как вы могли вспомнить из предыдущего руководства, электронное устройство, которое может работать как переключатель или усилитель, называется активным компонентом .Электрическое переключение и усиление началось не с изобретения транзистора в 1948 году; однако это изобретение стало началом новой эры, поскольку транзисторы были небольшими, эффективными и механически устойчивыми по сравнению с активными компонентами, называемыми электронными лампами, которые использовались до распространения транзисторов.

В этом видеоуроке будут кратко рассмотрены основные характеристики и функциональные возможности двух наиболее распространенных типов транзисторов. Позже в этом курсе мы узнаем больше о том, как работают транзисторы и как они используются разработчиками схем.

Биполярный переходной транзистор

В предыдущем уроке мы узнали об особых характеристиках pn-перехода. Если мы добавим еще одну секцию полупроводникового материала к pn переходу, мы получим транзистор с биполярным переходом (BJT). Как показано на следующей диаграмме, мы можем добавить секцию полупроводника n-типа, чтобы создать транзистор npn, или мы можем добавить секцию полупроводника p-типа, чтобы сформировать транзистор pnp.

Трехслойная комбинация полупроводников n-типа и p-типа приводит к трехконтактному устройству, которое позволяет небольшому току, протекающему через базовый вывод , регулировать больший ток, протекающий между выводами эмиттера и коллектора .В npn-транзисторе управляющий ток течет от базы к эмиттеру, а регулируемый ток течет от коллектора к эмиттеру. В pnp-транзисторе управляющий ток течет от эмиттера к базе, а регулируемый ток течет от эмиттера к коллектору. Эти текущие шаблоны показаны стрелками на следующей диаграмме.

Полевой транзистор

Как следует из названия, полевой транзистор (FET) использует электрическое поле для регулирования тока.Таким образом, мы можем рассматривать BJT и FET как две фундаментальные вариации на тему усиления и переключения полупроводников: BJT позволяет небольшому току регулировать большой ток, а полевой транзистор позволяет небольшому напряжению регулировать ток большой ток.

Полевой транзистор состоит из двух легированных полупроводниковых областей, разделенных каналом , и к устройству прикладывается напряжение, изменяющее токонесущие свойства канала.Схема ниже дает вам представление о том, как это работает.

Как вы можете видеть, выводы, разделенные каналом, называются истоком , и стоком , , а затвор , — это вывод, на который подается управляющее напряжение. Хотя эта диаграмма помогает представить общую работу полевого транзистора, на самом деле на ней изображено относительно необычное устройство, называемое полевым транзистором с переходом (JFET).В настоящее время подавляющее большинство полевых транзисторов представляют собой металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET).

МОП-транзистор имеет изолирующий слой, отделяющий затвор от канала. Таким образом, в отличие от BJT, MOSFET не требует установившегося входного тока; ток, протекающий по каналу, можно регулировать, просто подав напряжение. На следующей схеме показана физическая структура и основные операции полевого МОП-транзистора с n-каналом , также называемого NMOS-транзистором .Основными носителями в транзисторе NMOS являются электроны; версия p-типа, которая имеет отверстия в качестве основных носителей, называется MOSFET с p-каналом или транзистором PMOS .

Две сильно легированные области n-типа разделены каналом p-типа. Предположим, что источник и подложка заземлены. Если затвор также заземлен, ток не может течь через канал, потому что напряжение, приложенное к стоку, приводит к обратному смещению pn перехода.Однако положительное напряжение, приложенное к затвору, отталкивает дырки в канале, создавая, таким образом, обедненную область и притягивает электроны из участков истока и стока. Если напряжение достаточно высокое, в канале будет достаточно подвижных электронов, чтобы позволить току течь от стока к истоку, когда на сток подается напряжение.

Заключение

Поскольку они позволяют регулировать протекание тока небольшим током или напряжением, транзисторы BJT и MOSFET могут функционировать как электронные переключатели и усилители.Действие переключения осуществляется путем подачи входного сигнала, который переходит между двумя состояниями; одно из этих входных состояний приводит к полному протеканию тока, а другое — к нулевому протеканию тока. Усиление достигается за счет смещения транзистора, так что небольшие изменения входного сигнала создают соответствующие изменения большей амплитуды в протекании тока.

Транзисторы

могут быть изготовлены как дискретные устройства, но чаще всего они встречаются в виде крошечных компонентов в интегральных схемах, и именно эти интегральные схемы мы будем изучать в следующей главе.

Системы и методы управления возбуждением генератора

Системы возбуждения Системы возбуждения можно определить как систему, которая подает ток возбуждения на обмотку ротора генератора. Хорошо спроектированные системы возбуждения обеспечивают надежность работы, стабильность и быстрый переходный отклик.

Четыре распространенных метода возбуждения включают:

  • Шунтирующий или самовозбужденный
  • Система усиления возбуждения (EBS)
  • Генератор на постоянных магнитах (PMG)
  • Вспомогательная обмотка (AUX).
У каждого метода есть свои преимущества. Все методы используют автоматический регулятор напряжения (АРН) для подачи постоянного тока на статор возбудителя. Выход переменного тока ротора возбудителя выпрямляется на вход постоянного тока ротора главного генератора. Более продвинутые системы используют дополнительный вход для AVR. В этой статье будут рассмотрены конструкция, функции и применение каждого метода, а также приведены схемы и иллюстрации для каждого из них.

Автоматический регулятор напряжения (АРН) Конструкция АРН зависит от используемого возбуждения.Все они получают сигнал от статора генератора, когда он вращается. АРН с возможностью приема второго входа для уменьшения или устранения внутренних гармоник, вызванных сигналами обратной связи нагрузки, используются для приложений с нелинейной нагрузкой. Обычно используются два типа:
  • Силиконовый управляемый выпрямитель (SCR) — определяет уровень мощности статора и определяет его срабатывание для напряжения возбудителя. Может вызвать проблемы при использовании с нелинейными нагрузками.
  • Полевой транзистор (FET) — определяет уровень мощности от статора и преобразует его в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) на возбудитель.Этот стиль АРН может использоваться для методов возбуждения. Нелинейные нагрузки не вызывают обратной связи, приводящей к сбоям возбуждения.

Шунтирующий или самовозбуждающийся

Шунтирующий метод отличается простой и рентабельной конструкцией, обеспечивающей входное питание АРН. Этот метод не требует дополнительных компонентов или проводки. При возникновении проблем устранение неисправностей упрощается за счет меньшего количества компонентов и проводки для проверки.


Когда генератор вращается, статор подает входное напряжение на АРН.Кроме того, в АРН есть датчики, которые контролируют выход статора.

АРН питает возбудитель и выпрямляется до постоянного тока. Для вывода нагрузки на статор наводится ток.

Самым большим недостатком этой системы является то, что на АРН влияет нагрузка, которую питает генератор. Когда нагрузка увеличивается, напряжение начинает уменьшаться, и АРН должен подавать больший ток на возбудитель, чтобы поддерживать спрос. Это доводит AVR до предела возможностей. Если АРН выходит за его пределы, поле возбуждения схлопывается.Выходное напряжение снижено до небольшой величины.

Если произойдет короткое замыкание в цепи питания АРН, генератор не будет иметь источника возбуждения. Это вызывает потерю выходной мощности генератора.

Генераторы с шунтирующим или самовозбуждением могут использоваться при линейных нагрузках (постоянная нагрузка). Приложения с нелинейными нагрузками (переменная нагрузка) не рекомендуются для генераторов с этим методом возбуждения. Гармоники, связанные с нелинейными нагрузками, могут вызывать пробои поля возбуждения.

Система усиления возбуждения (EBS) Система EBS состоит из тех же основных компонентов, которые подают входы и получают выходы от AVR. Дополнительные компоненты в этой системе:
  • Модуль управления усилением возбуждения (EBC)
  • Генератор усиления возбуждения (EBG).
EBG устанавливается на ведомом конце генератора. Внешний вид такой же, как у постоянного магнита. EBG подает питание на контроллер при вращении вала генератора.

Модуль управления EBC подключается параллельно к АРН и возбудителю. EBC получает сигнал от AVR. При необходимости контроллер подает на возбудитель различные уровни тока возбуждения на уровнях, которые зависят от потребностей системы.

Дополнительная мощность, подаваемая в систему возбуждения, поддерживает требования к нагрузке. Это позволяет генератору запускаться и восстанавливать напряжение возбуждения.

Эта система возбуждения не рекомендуется для приложений с непрерывным питанием.Он предназначен для аварийного или резервного питания. При запуске генератора система EBS отключается до достижения рабочей скорости. EBG все еще генерирует мощность, но контроллер не направляет ее.

Система обеспечивает динамический отклик, дешевле и отвечает требованиям по обеспечению 300% тока короткого замыкания. Нелинейные нагрузки, такие как запуск двигателя, улучшаются по сравнению с методом шунтирования или самовозбуждения.

Генератор постоянных магнитов (PMG) Генераторы, оснащенные постоянными магнитами, являются одними из самых известных методов с раздельным возбуждением.На ведомом конце вала генератора установлен постоянный магнит.

PMG подает изолированное питание на АРН, когда вал генератора вращается. AVR использует дополнительную мощность при питании нелинейных нагрузок, таких как: запуск двигателей.

Чистая, изолированная, непрерывная трехфазная форма волны генерируется при вращении вала генератора.

Некоторые из преимуществ использования генераторов, оснащенных методом возбуждения PMG:

  • Поле возбуждения не разрушается, позволяя устранить устойчивые короткие замыкания.
  • Изменение нагрузки не влияет на поле возбуждения.
  • Напряжение создается при первом запуске и не зависит от остаточного магнетизма в поле.
  • При запуске двигателя поле возбуждения не разрушается из-за отсутствия питания АРН.
Система PMG увеличивает вес и размер части генератора. Это наиболее часто используемый метод возбуждения для приложений, в которых используются двигатели, которые запускаются и останавливаются, и другие нелинейные нагрузки.

Вспомогательная обмотка (AUX) Метод вспомогательной обмотки используется уже много лет. Области применения варьируются от морских до промышленных и более практичны в более крупных установках.

Этот метод имеет отдельное поле возбуждения, однако он не использует компонент, прикрепленный к ведомому концу вала генератора. Эти методы используют вращение вала и постоянный магнит или генератор для обеспечения дополнительного возбуждения.

В статор установлена ​​дополнительная однофазная обмотка.Когда вал генератора вращается, основные обмотки статора подают напряжение на АРН, как и во всех вышеупомянутых методах.

Дополнительные однофазные обмотки подают напряжение на АРН. Это создает дополнительное напряжение возбуждения, необходимое при питании нелинейных нагрузок.

Для приложений с линейной нагрузкой можно использовать методы возбуждения с шунтом, EBS, PMG и AUX. Шунтирующее возбуждение — наиболее экономичный метод.

Для приложений с нелинейной нагрузкой можно использовать методы возбуждения EBS, PMG и AUX.Возбуждение PMG является наиболее распространенным и широко используемым.


>> Вернуться к статьям и информации <<

Изготовление полевых транзисторов и функциональных наногенераторов с использованием нанопроволок ZnO, выращенных гидротермальным способом

Настоящая работа демонстрирует производство монокристаллических нанопроволок ZnO (ННК) с использованием низкотемпературного гидротермального процесса и их интеграцию в качестве материала активного канала и пьезоэлектрических элементов в одиночных ННК полевых транзисторах (FET) и функциональных наногенераторах (NG), соответственно. .Несмотря на то, что гидротермально выращенные ННК ZnO демонстрируют высокие уровни избыточных свободных носителей ≫10 18 см −3 , мы показываем, что оптимизированный процесс термического отжига при температуре всего 450 ° C в атмосферном воздухе в достаточной мере снижает этот уровень до примерно ∼3,7 × 10 17 см −3 . Подавление избыточных свободных носителей заряда подтверждается оценкой поведения переноса полевого эффекта в одном NW FET. Обнаружено, что одиночное устройство демонстрирует хорошие показатели производительности, включая низкий ток в закрытом состоянии (диапазон пА), высокий ток в открытом состоянии (в диапазоне 10 с мкА) и умеренную эффективную подвижность (∼10 см 2 В -1 с -1 ).Функциональные НГ основаны на вертикально выращенных ННК ZnO с полимерной матрицей полидиметилсилоксана (ПДМС) толщиной ∼7 мкм. Мы показываем, что природный газ, содержащий отожженные нанокристаллы ZnO, может непрерывно генерировать более высокие выходные напряжения и мощность по сравнению с эталонным устройством на основе только что выращенных нанокристаллов ZnO. Это включало пиковое выходное напряжение ~ 109 мВ и плотность выходной мощности ~ 16 мкВт / см -3 . Мы предполагаем, что этот подход термического отжига может найти практическое применение в других областях гидротермальных исследований ZnO NW, включая высокоэффективные полевые транзисторы NW и пьезоэлектрические устройства для сбора энергии.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *