1.5 Схема автогенератора с трансформаторной связью на биполярном транзисторе
Известно много разновидностей конкретных схем автогенераторов на транзисторах. Все они обязательно содержат:
транзистор;
LC– колебательный контур;
цепь положительной обратной связи;
источник питания.
Обычно LC– автогенераторы выполняются на однокаскадном усилителе, гдеLC– контур включается, как правило, в коллекторную цепь, а звено положительной обратной связи — катушкаLсв — в цепь базы. Рассмотрим наиболее часто используемую схему автогенератора (рисунок 6).
Рисунок 6 – Схема LC- автогенератора на биполярном транзисторе
Назначение деталей схемы:
R1 иR2– делитель напряжения для подачи напряжения смещения на базу транзистора;
RэCэ – цепь автоматического смещения рабочей точки на характеристиках транзистора и термостабилизации транзистора;
LC– параллельный колебательный контур;
Lсв– катушка положительной обратной связи;
C– конденсатор для соединения одного из концов катушки связи с общей шиной (заземления) по переменному току.
В момент подключения автогенератора к источнику питания в коллекторной цепи транзистора появляется переменный коллекторный ток из-за наличия в колебательном контуре случайных колебаний электрических зарядов.
Обратная связь
трансформаторного типа осуществляется
с помощью катушки связи L
Проходя через катушку Lпеременный ток создает вокруг нее переменное магнитное поле, изменяющееся с частотой. В катушке обратной связиLсв, наводится ЭДС индукции – переменное напряжение той же частоты. Оно прикладывается между базой и эмиттером транзистора. Это напряжение вызывает пульсацию коллекторного тока при отпирании и запирании транзистора.
Переменная
составляющая коллекторного тока
восполняет потери энергии в контуре,
создавая на нем усиленное транзистором
переменное напряжение.
Однако, процесс нарастания коллекторного тока не бесконечен. Усиление транзистора происходит лишь в пределах активного участка выходной характеристики транзистора, а на участке насыщения коллекторный ток практически не изменяется, т.е. усиление фактически отсутствует. Что же касается амплитуды колебаний в контуре, то ее рост ограничивается сопротивлением потерь контура, а также затуханием, вносимым в контур за счет протекания тока в базовой части контура.
Анализ
работы автогенератора проводят на
основе решения его дифференциального
уравнения. Но сначала рассмотрим свободные
колебания в LC—контуре.
Это необходимо сделать в связи с тем,
что колебательный контур является
главным элементом автогенератора
гармонических колебаний, а источник
постоянного тока, регулятор и цепь
обратной связи – вспомогательными
элементами, с помощью которых лишь
компенсируются потери энергии в
колебательном контуре.
При кратковременной подаче энергии в контур в нем возникают свободные колебания, которые описываются дифференциальным уравнением:
,
где r – сопротивление катушки и подводящих проводов. После дифференцирования по t и деления на L уравнение принимает вид:
. (9)
Вводя обозначение (– коэффициент затухания контура) и учитывая, что, последнее уравнение можно записать в окончательном виде:
. (10)
С учетом того, что в радиоэлектронике используются колебательные контуры с малыми потерями, решение дифференциального уравнения (10) будет иметь вид
, (11)
где
— начальная амплитуда тока в колебательном
контуре, зависящая от запасенной контуром
энергии, а– частота свободных колебаний.
Свободные колебания в контуре имеют форму, показанную на рисунке 7. Очевидно, в обычном контуре свободные колебания будут затухающими из-за наличия потерь (сопротивление r).
Составим дифференциальное уравнение колебаний в транзисторном автогенераторе с трансформаторной связью на полевом транзисторе (рисунок 8), предполагая, что частота генерируемых колебаний достаточно низка и можно не учитывать инерционные свойства транзистора и величину его входного сопротивления.
Рисунок 7 – Свободные колебания в колебательном контуре
Рисунок 8 – Схема замещения транзисторного LC-автогенератора по переменному току
Для этой схемы справедливы следующие уравнения:
(12)
Заменив во втором уравнении (12) ток в емкостной ветви контура через ток в индуктивной ветви и коллекторный ток: и продифференцировав полученное выражение по времени, получим дифференциальное уравнение автогенератора для токов:
.
(13)
Поскольку в рассматриваемой схеме автогенератора существует обратная связь, на затворе транзистора возникает переменное напряжение , которое является функцией тока в индуктивной ветви контура:
.
Знак «±» обусловлен тем, что катушка обратной связи может быть включена либо согласно, либо встречно по отношению к контурной катушке L. M – коэффициент взаимной индуктивности катушек.
Если ток стока зависит только от напряжения на затворе, то:
(14)
Тогда уравнение (13) принимает вид
, (15)
Преобразуем правую часть (15):
. (16)
Подставим выражение (16) в уравнение (15) и проведем элементарные преобразования. Опуская в дальнейшем индекс «зи» при U, получим основное уравнение автогенератора:
.
(17)
Это нелинейное дифференциальное уравнение второго порядка точного решения в настоящее время не имеет, но существуют приближенные способы его решения. Оно необходимо для анализа работы автогенератора.
Схемы автогенераторов | Основы электроакустики
Главная » Генераторы сигналов » Устройство и принцип действия генераторов гармонических колебаний
Схемы автогенераторов
Схемы автогенераторов Кроме рассмотренных ранее схем с трансформаторной связью широко распространены трехточечные схемы с индуктивной автотрансформаторной и емкостной ОС, в которых колебательный контур подключается к электродам транзистора (по переменному току высокой частоты) тремя точками Э, Б, отвод Э от контурной катушки подключен к эмиттеру через малое внутреннее сопротивление источника Ек), а также схемы RС-генераторов. Элементы контура к электродам транзистора должны подключаться так, чтобы выполнялось фазовое условие самовозбуждения генератора.
В автотрансформаторной схеме с индуктивной ОС) напряжение ОС снимается с части витков Lc контурной катушки LK, которые заключены между эмиттером и базой транзистора, и через конденсатор С1 подается на его базу. Мгновенные значения напряжений на катушках Lc и LK относительно средней точки противоположны (сдвинуты по фазе на 180°) и усилительный каскад дополнительно сдвигает фазу на 180°, в результате чего в схеме устанавливается положительная ОС и обеспечивается баланс фаз. Амплитудное условие самовозбуждения удовлетворяется подбором величины ОС (числа витков катушки связи). В схеме с емкостной резонансный колебательный контур образован конденсаторами Cl, C2 и катушкой LK. Напряжение ОС снимается с конденсатора С2. Фазовое условие самовозбуждения в схеме удовлетворяется, поскольку мгновенные значения напряжения на конденсаторах противоположны. Условие баланса амплитуд обеспечивается выбором емкости конденсатора С2. При ее увеличении ОС уменьшается. Настройку контура генератора удобно производить конденсатором переменной емкости СК| включаемым параллельно катушке контура.
При включении конденсатора СЗ в контур последовательно с катушкой LK обеспечивается повышение стабильности частоты генератора при изменениях температуры и напряжения источника питания. Рабочий режим транзистора по постоянному току и его термостабилизация устанавливаются в приведенных схемах с помощью делителя R1R2 и резистора R3. RC-генераторы формируют гармонические колебания низких частот. На низких частотах затруднительно использование частотно-избирательных LC-цепей вследствие значительного увеличения размеров элементов контура, снижения его добротности, невозможности плавной перестройки контура в широком диапазоне частот. Поэтому для генераторов низких частот применяют частотно-избирательные (фазирующие) RС-цепи. Структурная схема генератора с частотно-избирательной ЯС-цепью содержит широкополосный усилитель ШУ и фазирующую цепь частотно-избирательной обратной связи ЦОС. В качестве фазирующей цепи используют, одно- или многозвенные ЯС-фильтры, обеспечивающие требуемый фазовый сДвиг на частоте генерируемых колебаний.
Чтобы чаетота колебаний в генераторе в основном определялась параметрами звеньев фазирующей цепи, а их амплитуда оставалась стабильной в заданном диапазоне частот, усилитель должен иметь большой коэффициент усиления по току и обладать высоким входным и относительно малым выходным сопротивлениями.
Схема RС-генератора с трехзвенной фазирующей RС-цепью. Напряжение на выходе резисторного усилителя сдвинуто по фазе на 180° относительно напряжения на входе. Чтобы получить положительную *ОС в генераторе, трехзвенная фазирующая цепь должна обеспечивать дополнительный фазовый сдвиг сигнала на 180°. Фазирующая цепь вызывает затухание сигнала, поэтому для выполнения условия баланса амплитуд в схеме используют транзистор с относительно большим коэффициентом передачи тока (А21э>45).
Схема RС-генератора с Г-образной фазирующей цепью показана на рис. 105, в. Генератор представляет собой двухкаскадный широкополосный резисторный усилитель с положительной ОС. Каждый из резисторных каскадов изменяет фазу колебании на 180°, поэтому баланс фаз в схеме обеспечивается автоматически.
Чтобы генератор работал на одной частоте, условие баланса фаз должно выполняться лишь на рабочей частоте генератора. Для выполнения этого условия в цепь ОС включена фазирующая Г-образная цепь с последовательно соединенными элементами C1R1 и параллельно соединенными C2R2. Цепь C1R1 создает положительный фазовый сдвиг, a C2R2 — отрицательный. На определенной частоте фазовый сдвиг сигнала будет скомпенсирован (окажется равным нулю). На этой частоте и будет осуществляться баланс фаз, т.е. наступит самовозбуждение генератора. Частота генератора to = 1/\/C1RlC2R2 , а при R1=R2=R и С1=С2=С, w=1/RС. Коэффициент передачи фазосдвигающей цепи , а при R1=R2=R и С1=С2=С Kос=1/3. Очевидно, условие баланса амплитуд в схеме выполняется лишь при коэффициенте усиления двухкаскадного усилителя K>3. Свойства фазосдвигающей цепи реализуются при высоком вход-ном сопротивлении первого каскада и малом выходном сопротивлении второго каскада. Для этой цели первый каскад выполняют на полевом транзисторе. Для стабилизации амплитуды колебаний в генератор введена ООС на нелинейных элементах (терморезисторах, лампах накаливания), сопротивление которых зависит от проходящего тока.
Регулирование рабочей частоты осуществляется изменением параметров двух элементов фазирующей цепи, поэтому в схеме используют сдвоенные переменные резисторы или сдвоенные конденсаторы переменной емкости.
Генераторы гармонических колебаний
Устройство и принцип действия генераторов гармонических колебаний
Режим работы транзистора в схеме усилительного каскада
Создание гармонических сигналов
Стабилизация частоты генераторов
RC – автогенераторы
Усилитель на полевом транзисторе
Усилитель на биполярном транзисторе с общим эмиттером
Bipolar Transistor Cookbook — Часть 5 которые генерируют сигналы квадратной или прямоугольной формы и используют транзисторы в качестве цифровых переключающих элементов.
В выпуске этого месяца описываются практические способы использования биполяров в линейном режиме для создания простых, но полезных схем генераторов синусоидального сигнала и белого шума. В выпуске серии, который выйдет в следующем месяце, будут рассмотрены практические схемы мультивибраторов биполярных генераторов сигналов.
ОСНОВЫ ГЕНЕРАТОРА
Чтобы генерировать достаточно чистые синусоидальные волны, генератор должен удовлетворять двум основным конструктивным требованиям, как показано на Рисунок 1 . Во-первых, выход его усилителя (А1) должен быть возвращен на его вход через частотно-избирательную цепь (А2) таким образом, чтобы сумма фазовых сдвигов усилителя и цепи обратной связи равнялась нулю градусов (или 360°) при желаемой частоты колебаний, т. е. так, чтобы x° + y° = 0° (или 360°). Таким образом, если усилитель генерирует фазовый сдвиг на 180° между входом и выходом, частотно-избирательная схема должна ввести дополнительные 180° фазового сдвига.
РИСУНОК 1. Основная схема и условия, необходимые для генерации синусоидального сигнала.
Второе требование состоит в том, что коэффициент усиления усилителя должен точно компенсировать потери в цепи частотно-избирательной обратной связи на желаемой частоте колебаний, чтобы общий коэффициент усиления системы был равен единице, например, A1 x A2 = 1.
Если коэффициент усиления ниже единицы схема не будет колебаться, а если больше единицы, она будет перегружена и будет генерировать искаженные формы волны. Сеть частотно-селективной обратной связи обычно состоит из CR-, LC- или кварцевого фильтров; практические схемы генераторов, в которых используются частотно-избирательные фильтры C-R, обычно генерируют выходные частоты ниже 500 кГц; те, которые используют частотно-избирательные фильтры LC, обычно генерируют выходные частоты выше 500 кГц; те, которые используют кристаллические фильтры, генерируют сверхточные частоты сигнала.
ГЕНЕРАТОРЫ C-R
Простейший синусоидальный генератор C-R относится к фазовому типу, который обычно принимает базовую форму, как показано на рис. 2 . Здесь три идентичных фильтра верхних частот CR каскадно образуют фильтр третьего порядка, который вставляется между выходом и входом инвертирующего (фазовый сдвиг 180 °) усилителя; фильтр дает полный фазовый сдвиг на 180° при частоте fo около 1/(14RC), так что вся схема имеет сдвиг контура на 360° при этом условии и колеблется на частоте fo, если усилитель имеет достаточное усиление (около х29), чтобы компенсировать потери фильтра и, таким образом, получить средний коэффициент усиления контура, немного превышающий единицу.
РИСУНОК 2. Фильтр верхних частот третьего порядка, используемый в качестве основы генератора с фазовым сдвигом.
Обратите внимание на Рисунок 2 , что каждый отдельный каскад фильтра верхних частот C-R пропускает высокочастотные сигналы, но отбрасывает низкочастотные. Его выходной сигнал снижается на 3 дБ при частоте разрыва 1/(2 RC) и падает со скоростью 6 дБ/октава, когда частота снижается ниже этого значения. Таким образом, базовый фильтр 1 кГц дает подавление 12 дБ для сигнала частотой 250 Гц и 20 дБ для сигнала частотой 100 Гц. Фазовый угол выходного сигнала опережает входной и равен арктангенсу 1/(2fCR), или +45° при fc. Каждый этап C-R известен как фильтр первого порядка. Если несколько (n) таких фильтров соединены каскадом, результирующая схема называется фильтром «n-го порядка» и имеет крутизну, превышающую fc, равную (n x 6 дБ)/октава.
На рис. 3 показана схема практичного фазовращателя с частотой 800 Гц, который может работать от любого источника постоянного тока в диапазоне от 9 до 18 В.
Чтобы первоначально настроить схему, просто подстройте RV1 так, чтобы схема генерировала достаточно чистую синусоидальную волну на выходе, как видно на осциллографе — выходной уровень сигнала полностью регулируется с помощью RV2.
РИСУНОК 3. Генератор с фазовым сдвигом 800 Гц.
Основные недостатки простых фазовращателей Рис. 3 заключаются в том, что они имеют довольно плохую внутреннюю стабильность усиления и что их рабочую частоту нельзя легко изменить. Гораздо более универсальный осциллятор C-R может быть построен с использованием мостовой сети Wien.
На рис. 4 показаны основные элементы мостового генератора Вина. Сеть Вина состоит из R1-C1 и R2-C2, значения которых сбалансированы так, что C1=C2=C и R1=R2=R. Фазовые сдвиги этой сети отрицательны на низких частотах, положительны на высоких и равны нулю на центральной частоте 1/(6,28CR), при которой сеть имеет коэффициент затухания, равный трем.
Таким образом, сеть можно заставить колебаться, подключив неинвертирующий усилитель x3 с высоким входным импедансом между его выходной и входной клеммами, как показано на схеме.
РИСУНОК 4. Основная схема генератора Вина.
На рис. 5 показан простой генератор Вина с фиксированной частотой, в котором Q1 и Q2 подключены как усилители с общим эмиттером с низким коэффициентом усиления. Q2 дает коэффициент усиления по напряжению, немного превышающий единицу, и использует резистор R1 сети Вина в качестве нагрузки коллектора, а Q1 представляет собой высокий входной импеданс по отношению к выходу сети Вина, и его усиление регулируется через RV1. Значения компонентов показывают, что схема колеблется с частотой около 1 кГц — при использовании RV1 следует настроить так, чтобы на выходе генерировался слегка искаженный синусоидальный сигнал.
РИСУНОК 5. Практический генератор Вина 1 кГц.
На рис.
6 показана усовершенствованная конструкция генератора Вина, который потребляет 1,8 мА от источника питания 9 В и имеет выходную амплитуду, которая полностью регулируется в диапазоне до 6 В от пика к пику с помощью RV2. Q1-Q2 представляют собой комплементарную пару с общим эмиттером с прямой связью и обеспечивают очень высокий входной импеданс базы Q1, низкий выходной импеданс коллектора Q2 и неинвертированные коэффициенты усиления по напряжению x5,5 по постоянному току и от x1 до x5,5. AC (переменная через RV1). Красный светодиод генерирует напряжение 1,5 В с низким импедансом, которое подается на базу Q1 через резистор R2 и, следовательно, смещает выход Q2 до значения покоя +5 В. Сеть Вина R1-C1 и R2-C2 подключается между выходом Q2 и входом Q1, и при использовании RV1 просто настраивается таким образом, чтобы при просмотре выхода схемы на осциллографе генерировалась стабильная и визуально чистая форма волны. В этом случае амплитуда колебаний ограничивается примерно 6 В от пика к пику из-за начала ограничения положительного пика, когда усилитель начинает входить в режим насыщения.
Если RV1 тщательно отрегулировать, это ограничение может быть уменьшено до почти незаметного уровня, что позволяет генерировать синусоидальные волны хорошего качества с менее чем 0,5% THD.
РИСУНОК 6. Мостовой синусоидальный генератор Вина с частотой 1 кГц и переменной амплитудой на выходе.
Схема Рис. 6 может быть модифицирована для обеспечения работы с регулируемой частотой в ограниченном диапазоне путем уменьшения значений резисторов R1 и R2 до 4,7 кОм и их последовательного соединения с переменными резисторами номиналом 10 кОм. Обратите внимание, однако, что генераторы Вина с переменной частотой лучше всего строить с использованием операционных усилителей или других линейных ИС в сочетании с системами обратной связи с автоматической регулировкой усиления, используя различные стандартные схемы этого типа, которые были опубликованы в предыдущих выпусках этого журнала. .
ГЕНЕРАТОРЫ L-C
Синусоидальные генераторы C-R обычно генерируют сигналы в диапазоне от 5 Гц до 500 кГц.
Генераторы LC обычно генерируют их в диапазоне от 5 кГц до 500 МГц и состоят из частотно-селективной сети LC, которая подключена к контуру обратной связи усилителя.
Простейший LC-транзисторный генератор представляет собой генератор с обратной связью с настроенным коллектором, показанный на рис. 7 . Q1 подключен как усилитель с общим эмиттером, с базовым смещением, обеспечиваемым через R1-R2, и эмиттерным резистором R3, развязанным по переменному току через C2. L1-C1 образует цепь настроенного коллектора, а обратная связь между коллектором и базой обеспечивается через L2, который индуктивно связан с L1 и обеспечивает действие трансформатора. Выбирая фазу этого сигнала обратной связи, можно сделать так, чтобы схема давала нулевой фазовый сдвиг петли на настроенной частоте, так что она колебалась бы, если коэффициент усиления петли (определяемый коэффициентом витков T1) больше единицы.
РИСУНОК 7. Генератор обратной связи с настроенным коллектором.
Характерной чертой любой LC-схемы является то, что соотношение фаз между ее током возбуждения и наведенным напряжением изменяется от -90° до +90° и равно нулю на центральной частоте, определяемой как f = 1/(2 LC). Таким образом, схема (рис. 7) дает нулевой общий фазовый сдвиг и колеблется на этой центральной частоте. С показанными значениями компонентов частоту можно изменять от 1 МГц до 2 МГц с помощью C1. Эта базовая схема может быть разработана для работы на частотах в диапазоне от нескольких десятков Гц при использовании многослойного трансформатора с железным сердечником до десятков или сотен МГц с использованием радиочастотных технологий.
ВАРИАНТЫ СХЕМЫ
Рисунок 8 показывает простую вариацию схемы Рисунок 7 — генератор Хартли. Его коллекторная нагрузка L1 отводится примерно на 20% вниз от его вершины, и к этой точке подключается положительная шина питания; Таким образом, L1 дает действие автотрансформатора, в котором напряжение сигнала наверху L1 сдвинуто по фазе на 180° с напряжением на его низком конце (коллектор Q1).
Сигнал с верхней части катушки подается на базу Q1 через C2, и, таким образом, схема колеблется с частотой, заданной значениями LC.
РИСУНОК 8. Базовый осциллятор Хартли .
Обратите внимание на вышеприведенное описание, что действие генератора зависит от какой-то точки отвода общего сигнала в настроенной цепи, так что получается действие автотрансформатора с фазовым разделением. Эта точка ответвления не должна быть встроена в реальную катушку настройки, но может быть превращена в настроечный конденсатор, как в схеме генератора Колпитца, показанной на рис. 9 . С показанными значениями компонентов эта конкретная схема колеблется с частотой около 37 кГц.
РИСУНОК 9. Генератор Колпитца 37 кГц.
Модификация конструкции Колпитца, известная как осциллятор Клаппа или Гурье, показана на рис. 10 . C3 включен последовательно с L1 и имеет меньшее значение по сравнению с C1 и C2.
Следовательно, резонансная частота схемы определяется в основном L1 и C3 и почти не зависит от изменений емкости транзисторов и т. д. Таким образом, схема обеспечивает превосходную стабильность частоты. С показанными значениями компонентов он колеблется с частотой около 80 кГц.
РИСУНОК 10. 80 кГц Генератор Гурье или Клаппа.
На рис. 11 показан генератор Reinartz, в котором настроечная катушка имеет три обмотки с индуктивной связью. Положительная обратная связь получается путем соединения сигналов коллектора и эмиттера транзистора через обмотки L1 и L2. Обе эти катушки индуктивности подключены к L3, и цепь колеблется с частотой, определяемой L3-C1. На диаграмме показаны типичные отношения витков катушки для схемы, которая колеблется с частотой в несколько сотен кГц.
РИСУНОК 11. Базовый осциллятор Reinartz .
Наконец, На рисунках 12 и 13 показаны версии эмиттерных повторителей генераторов Хартли и Колпитца.
В этих схемах транзисторы и подстроенные контуры L1-C1 каждый дают нулевой фазовый сдвиг на частоте колебаний, а подстроенный контур дает усиление по напряжению, необходимое для обеспечения генерации.
РИСУНОК 12. Версия генератора Хартли с эмиттерным повторителем.
РИСУНОК 13. Версия эмиттерного повторителя генератора Колпитца.
МОДУЛЯЦИЯ
Цепи L-C генератора Рис. 7 — 13 можно легко модифицировать для получения модулированных (AM или FM) выходных сигналов, а не непрерывных (CW). Рисунок 14 , например, показывает схему Рисунок 7 , модифицированную для работы в качестве генератора частоты биений 456 кГц (BFO) с возможностью амплитудной модуляции (AM). Стандартный транзисторный трансформатор ПЧ 465 кГц (T1) используется в качестве настроенного контура LC, а внешний сигнал AF может подаваться на эмиттер Q1 через C2, таким образом эффективно модулируя напряжение питания Q1 и тем самым модулируя амплитуду несущего сигнала 465 кГц.
Схема может быть использована для создания глубины модуляции до 40%. C1 имеет низкий импеданс для несущей частоты 465 кГц, но высокий импеданс для сигнала модуляции ЗЧ.
РИСУНОК 14. 465 кГц BFO с возможностью AM.
На рис. 15 показана приведенная выше схема, модифицированная для предоставления возможности частотной модуляции (ЧМ) вместе с настройкой варактора через RV1. Кремниевый диод 1N4001 D1 используется в качестве недорогого варакторного диода, который при обратном смещении (как неотъемлемая часть его основного действия кремниевого диода) по своей природе обладает емкостью (несколько десятков пФ), которая уменьшается с приложенным обратным напряжением. D1 и блокировочный конденсатор C2 соединены последовательно и фактически соединены с настроенной цепью T1 (поскольку шины питания схемы закорочены вместе, если речь идет о сигналах переменного тока).
РИСУНОК 15. 465 кГц BFO с варакторной настройкой и возможностью FM.
Следовательно, центральную частоту генератора можно изменять, изменяя емкость D1 через RV1, а ЧМ-сигналы можно получать, подавая сигнал модуляции ЗЧ на D1 через C3 и R4.
КРИСТАЛЬНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ
Генераторы с кварцевым управлением обеспечивают превосходную точность и стабильность частоты. Кварцевые кристаллы имеют типичные значения добротности около 100 000 и обеспечивают примерно в 1000 раз большую стабильность, чем обычная LC-схема. Их рабочая частота (которая может варьироваться от нескольких кГц до 100 МГц) определяется механическими размерами кристалла, который может быть разрезан для последовательного или параллельного резонансного режима. Устройства с последовательным режимом имеют низкий импеданс при резонансе, а устройства с параллельным режимом имеют высокий импеданс при резонансе.
На рис. 16 показан широкодиапазонный кварцевый генератор, разработанный для использования с кварцем с параллельным режимом. На самом деле это схема генератора Пирса, и ее можно использовать практически с любым хорошим кварцем с параллельным режимом от 100 кГц до 5 МГц без необходимости модификации схемы.
РИСУНОК 16. Широкодиапазонный генератор Пирса использует кварц с параллельным режимом.
В качестве альтернативы, На рис. 17 показан генератор Колпитца с частотой 100 кГц, разработанный для использования с кварцевым редуктором с последовательным возбуждением. Обратите внимание, что настроенный контур L1-C1-C2 спроектирован так, чтобы резонировать на той же частоте, что и кристалл, и что значения его компонентов должны быть изменены, если используются другие частоты кристалла.
РИСУНОК 17. Генератор Колпитца 100 кГц использует кварцевый резонатор.
Наконец, На рис. 18 показан исключительно полезный двухтранзисторный генератор, который можно использовать с любым последовательно-резонансным кварцем от 50 кГц до 10 МГц. Q1 подключен как усилитель с общей базой, а Q2 как эмиттерный повторитель, а выходной сигнал (от эмиттера Q2) возвращается на вход (эмиттер Q1) через C2 и последовательно-резонансный кварц.
Эта превосходная схема будет колебаться с любым кристаллом, который подает малейшие признаки жизни.
РИСУНОК 18. Широкодиапазонный (50 кГц-10 МГц) генератор может использоваться практически с любым кварцем с последовательным возбуждением.
ГЕНЕРАТОРЫ БЕЛОГО ШУМА
Одним из полезных линейных, но несинусоидальных сигналов является так называемый белый шум, который содержит полный спектр случайно генерируемых частот, каждая из которых имеет одинаковую среднюю мощность при усреднении за единицу времени. Белый шум полезен при тестировании усилителей ЗЧ и ВЧ и широко используется в системах звуковых генераторов со специальными эффектами.
На рис. 19 показан простой генератор белого шума, в котором используется тот факт, что все стабилитроны генерируют существенный белый шум при работе с малым током. Резисторы R2 и ZD1 включены в петлю отрицательной обратной связи между коллектором и базой усилителя с общим эмиттером Q1, таким образом стабилизируя рабочие уровни постоянного тока схемы, а петля развязана по переменному току через C1.
Таким образом, ZD1 действует как источник белого шума, включенный последовательно с базой Q1, который усиливает шум до полезного уровня около 1,0 вольта от пика к пику. В этой схеме можно использовать любой стабилитрон от 5,6 до 12 В.
РИСУНОК 19. Транзисторно-стабилитронный генератор белого шума.
РИСУНОК 20. Двухтранзисторный генератор белого шума.
Рис. 20. представляет собой простую вариацию описанной выше конструкции, в которой в качестве генерирующего шум стабилитрона используется переход база-эмиттер транзистора 2N3904 (который «стабилизируется» при напряжении около 6 В). NV
конденсатор — Что такое двухтранзисторный генератор?
1) Зачем вообще нужны R4 и R1? Зачем нам ограничивать ток, протекающий через транзисторы и заряжающий конденсаторы?
Транзисторы работают в диапазоне коллекторных токов — вы можете посмотреть это [для разных типов (см.
https://www.sparkfun.com/datasheets/Components/2N3904.pdf) . Минимальные значения , используемые для R1 и R4, будут определять максимальный ток коллектора . Это значение можно легко рассчитать (используя закон Ома), если предположить, что все напряжение питания падает на резисторе. В случае с 2Н3904 максимальный ток 200 мА. Если не ограничить этот ток, это приведет к повреждению/разрушению транзистора.
Они также действуют как часть схемы для создания напряжения переключения для одной стороны конденсаторов
2) Почему R2 и R3 включены в схему? Кажется, что они не имеют абсолютно никакой функции.
R2 и R3 имеют две функции .
Первый должен включить транзисторы, подключив базы транзисторов к положительному источнику питания через подходящий резистор, который ограничивает базовый ток до безопасного значения.
При первом включении схемы ОДИН из этих транзисторов включается первым и запускает процесс.
Вторая функция заключается в зарядке других обкладок конденсатора, прикрепленных к основаниям транзистора, путем подключения их к положительному источнику питания.
Когда один транзистор включается, это приводит к тому, что напряжение на базе другого транзистора становится ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ и выключается. Это отрицательное (базовое) напряжение также подключено к положительному источнику питания через R2 или R3 (в зависимости от того, какую базу мы рассматриваем). Напряжение ПОСЛЕ этого резистора в это время примерно ДВА раза превышает напряжение питания (от +V до -V). {
3) Как разряжаются C1 и C2, чтобы позволить циклу повториться? Если они никогда не разряжаются, после одного цикла схема перестанет работать, потому что C1 и C2 будут иметь достаточно высокое напряжение, чтобы ограничить ток, протекающий через базу любого из транзисторов, что эффективно остановит колебания.
