Site Loader
Posted on 14.04.1989

Содержание

1.5 Схема автогенератора с трансформаторной связью на биполярном транзисторе

Известно много разновидностей конкретных схем автогенераторов на транзисторах. Все они обязательно содержат:

  1. транзистор;

  2. LC– колебательный контур;

  3. цепь положительной обратной связи;

  4. 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

св– она управляет работой транзистора. КатушкаLсвиндуктивно связана с катушкойL, т.е. находится в ее магнитном поле.

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.

В свою очередь это приводит к новому нарастанию напряжения на катушке связи, которое влечет за собою новое нарастание амплитуды тока коллектора и т. д.

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 на транзисторах

Двухточечный LC -автогенератор с трансформаторной обратной связью. Принципиальная электрическая схема этого генератора представлена на рисунке Рисунок 11 — Принципиальная электрическая схема LC автогенератора с трансформаторной обратной связью. В этом генераторе в качестве усилительного элемента используется транзистор VT1 включенный по схеме с общим эмиттером.


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
  • ИССЛЕДОВАНИЕ LC-АВТОГЕНЕРАТОРОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ
  • Схемы генераторов высокой частоты
  • Генераторы LC-типа
  • ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
  • 1.5 Схема автогенератора с трансформаторной связью на биполярном транзисторе
  • РАСЧЁТ АВТОГЕНЕРАТОРА НА ТРАНЗИСТОРЕ
  • Генератор на транзисторе
  • Автогенератор

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Генератор

ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ


Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. 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. Генераторы высокой частоты рис. Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора рис. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности рис. Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур.

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.

Во многих схемах генераторов рис. При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. На рис. Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы. Схема генератора, показанная на рис. 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. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.

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

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. Прототипом RC-генератора, показанного на рис.

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 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. 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. 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. 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. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный элемент рис.

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. 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. Что-то не так?

Пожалуйста, отключите Adblock. Как добавить наш сайт в исключения AdBlock. Схемы генераторов высокой частоты.


ИССЛЕДОВАНИЕ LC-АВТОГЕНЕРАТОРОВ НА ТРАНЗИСТОРАХ

Автогенераторы или, чаще, генераторы используются в радиотехнике и связи для получения электромагнитных колебаний. В зависимости от формы колебаний различают генераторы гармонических и негармонических прямоугольных, пилообразных, импульсных и т. В качестве активных элементов в генераторах применяются электронные лампы, биполярные и полевые транзисторы и др. Различие в элементной базе пассивной части схемы генератора позволяет вести речь о LC —генераторах или о RC —генераторах.

В этом генераторе в качестве усилительного элемента используется транзистор VT1 включенный по схеме с общим эмиттером.

Схемы генераторов высокой частоты

Нелегальное копирование и использование данного продукта запрещено. Коломейцев Редактор К. Кулагина Компьютерная верстка О. Духовникова , Саратов, Политехническая ул. В методических указаниях наряду с описанием лабораторного макета и основных этапов выполнения работы изложены общие сведения об автогенераторах. Достаточно подробно рассмотрены условия существования стационарного режима колебаний, устойчивости стационарного режима и самовозбуждения транзисторных автогенераторов. Проведён анализ режима работы транзистора в автогенераторе по постоянному току и пояснена часто встречающаяся нежелательная возможность прерывистой генерации из-за неверного подбора параметров элементов схемы автогенератора. Рассмотрен ряд схем автогенераторов на биполярных и полевых транзисторах. Особое внимание уделено схеме на биполярном транзисторе схема Клаппа и подробно проанализировано назначение всех элементов схемы. Лабораторное занятие представляет собой одну из наиболее активных форм усвоения учебного материала.

Генераторы LC-типа

Автогенератор вырабатывает электрические электромагнитные колебания, поддерживающиеся подачей по цепи положительной обратной связи части переменного напряжения с выхода автогенератора на его вход. Это будет обеспечено тогда, когда нарастание колебательной энергии будет превосходить потери когда петлевой коэффициент усиления больше 1. При этом амплитуда начальных колебаний будет нарастать. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы. Автогенераторы применяются, например, в радиопередающих устройствах.

На рис.

ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Теоретический анализ процессов пуска и самовозбуждения транзисторных автогенераторов с различными видами нагрузок является весьма сложной задачей, требующей решения ряда нелинейных уравнений высокого порядка. Материалы такого анализа, выполненного В. Росляковым для идеализированного случая схем автогенераторов с трансформаторными связями, приведен. В данном случае в качестве генератора применен транзисторный автогенератор , частота которого стабилизирована кварцем, включенным в цепь обратной связи. К этим системам относятся, например, транзисторные автогенераторы , в которых емкости р-п переходов входяi в емкости резонансных контуров. В простейшем преобразователе переменное несинусоидальное напряжение вырабатывает релаксационный транзисторный автогенератор с трансформаторной обратной связью.

1.5 Схема автогенератора с трансформаторной связью на биполярном транзисторе

Целью нашей сегодняшней тактической подготовки будет сопровождение целей под названием «Высокочастотные автогенераторы на LC-цепях». Содержание учений включает организованное выдвижение сил с массированными ударами и групповыми манёврами. Общее направление манёвров — расчёт частотозадающих цепей, ёмкостных делителей и режимов работы схем транзисторных LC генераторов и гетеродинов. Для начала определимся с доктриной: «Генератор гетеродин — жизненно важный орган любого передатчика или радиоприёмника. От того, насколько спектрально чисто и стабильно он работает, зависят основные параметры приёмо-передающих трактов». Обсуждаемые на этой странице генераторы, использующие комбинацию индуктивности L и ёмкости C, называемые LC-генераторами, весьма полезны при необходимости поиметь в радиолюбительском хозяйстве перестраиваемый по частоте аналоговый генератор, то есть генератор без применения цифровых и микропроцессорных излишеств.

Ниже представлены некоторые практические схемы транзисторных автогенераторов. Рис. Автогенератор на биполярном транзисторе с.

РАСЧЁТ АВТОГЕНЕРАТОРА НА ТРАНЗИСТОРЕ

Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям.

Генератор на транзисторе

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Основы работы электронных генераторов

Известно много разновидностей конкретных схем автогенераторов на транзисторах. Все они обязательно содержат:. Обычно LC— автогенераторы выполняются на однокаскадном усилителе, гдеLC— контур включается, как правило, в коллекторную цепь, а звено положительной обратной связи — катушкаL св — в цепь базы. Рассмотрим наиболее часто используемую схему автогенератора рисунок 6. R 1 и R 2 — делитель напряжения для подачи напряжения смещения на базу транзистора;.

Биполярный транзистор как активный элемент АЭ схемы генератора обладает следующими основными особенностями: меньшими, чем у полевых транзисторов и ламп, величинами входного и выходного сопротивлений АЭ, зависимостью этих величин от режима работы и частоты; инерционностью протекающих в транзисторе процессов, связанных с процессами накопления зарядов и конечным временем пролета неосновных носителей через базу.

Автогенератор

LC— генератор с самовозбуждением — это автогенератор, представляющий собой усилитель с избирательной нагрузкой и ПОС, рис. LC— генератор с самовозбуждением содержит колебательный контур и цепь обратной связи, благодаря которой осуществляется самовозбуждение генератора. Различные схемные варианты автогенераторов классифицируются по способам включения колебательного. Автогенераторы на транзисторах имеют высокую крутизну статических характеристик и малое сопротивление нагрузки десятки и единицы Ом. С ростом частоты коэффициент передачи тока базы транзисторов увеличивается, в результате чего возникает сдвиг фаз между напряжением возбуждения и первой гармоникой тока коллектора, что учитывается в условии баланса фаз. Транзисторы в автогенераторах обычно включаются по схеме с общим коллектором. Особенностью схем транзисторных автогенераторов является подача комбинированного смещения на базу.

Генератор — это автоколебательная система, формирующая импульсы электрического тока, в которой транзистор играет роль коммутирующего элемента. Изначально, с момента изобретения, транзистор позиционировался как усилительный элемент. Презентация первого транзистора произошла в году.


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 этой 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, равной примерно 1/(14RC), так что полная 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, дать среднее усиление контура, незначительно превышающее 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 имеет тенденцию пропускать высокочастотные сигналы, но подавляет низкочастотные. Его выходной сигнал снижается на 3 дБ при частоте разрыва 1/(2 RC) и падает со скоростью 6 дБ/октаву, 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 угол фазы входного 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)/октаву.

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 это 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 транзисторы Q1 и Q2 подключены как усилители с низким коэффициентом усиления с общим эмиттером. 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 статического значения +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 сигнала. 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 1 кГц с 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 отношением 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 имеет емкость (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 цепи 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 в резонансе, а устройства с параллельным режимом имеют высокий импеданс в резонансе.

На рис. 16 показан широкодиапазонный кварцевый генератор, предназначенный для использования с кварцевым генератором 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 предназначен для резонирования на той же частоте, что и кристалл, и что значения его компонентов должны быть изменены, если используются другие частоты кристалла.

РИСУНОК 17. В генераторе Колпитца 100 кГц используется кварцевый резонатор.

Наконец, На рис. 18 показан чрезвычайно 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 схемы по постоянному току, 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 простой вариант описанной выше конструкции, в котором в качестве генерирующего шум стабилитрона используется обратно смещенный переход база-эмиттер транзистора 2N3904 (который «стабилизируется» при напряжении около 6 В). NV

bjt — Концепция транзисторного генератора

Лучше всего рассматривать транзисторные генераторы в частотной области, а не пытаться применять интуицию и неточные переходы во временной области. Это может иметь смысл для очень простых схем или механических систем, но в типичном транзисторном генераторе достаточно динамических элементов (емкостей и индуктивностей), и такой специальный ручной анализ не обязательно далеко продвинется. На самом деле путь/вывод, который я представлю ниже, не рассматривает транзисторы, находящиеся в прямой активности или насыщении, и даже не рассматривает транзисторы вообще.

В конце концов, вы можете рассматривать цепь перед собой как систему обратной связи. Системы обратной связи широко распространены и хорошо изучены в электротехнике — например, такие простые устройства, как операционный усилитель. Как правило, нам нравится, чтобы они были стабильными, но осцилляторы являются примером сети обратной связи, которая преднамеренно нестабильна.

Чтобы обсудить, как осциллятор может поддерживать колебание, мы должны начать с рассмотрения стабильной сети обратной связи. Вот стереотипная структура обратной связи с обратной связью, а также пример ее реализации. Цвета используются для обозначения соответствующих частей структуры обратной связи и примера реализации, который я показываю здесь.

Давайте посмотрим на так называемое «петлевое усиление» структуры. Для этого мы обнуляем ввод и прерываем цикл в любой точке. Затем мы вводим сигнал, позволяем ему пройти по петле и смотрим, что мы получим после того, как он пройдет один раз 1 :

В идеальном мире коэффициент усиления петли отрицательный. Однако коэффициент усиления контура на самом деле зависит от частоты. При типичном предположении, что схема линейна и не зависит от времени, мы можем рассматривать ее реакцию на каждую частоту синусоиды независимо. На каждую подаваемую синусоиду вы получаете синусоиду на выходе на той же частоте . Это предположение очень хорошо выполняется для 90 285 слабых сигналов 90 286, в то время как для более сильных сигналов усилитель может насыщаться (не обязательно путем насыщения любого отдельного транзистора).

В этом случае усиление контура является функцией частоты и состоит из амплитуды (насколько велика выходная синусоидальная волна по сравнению с размером входной синусоидальной волны) и фазы (насколько велика выходная волна сдвинута) по сравнению с входной волной. Усиление контура говорит нам все о том, как наша система реагирует на синусоидальную волну, проходящую по контуру, в том числе о том, растет она или сжимается. В определении петлевого усиления я считаю вычитание его частью (поскольку оно соответствует инструментам, которые я использую, и концептуально проще думать, поскольку нет «двойного отрицательного», чтобы отслеживать колебания).

Синусоидальная волна, которая нарастает (величина > 1) при сохранении своей точной фазы (фаза контурного усиления равна нулю градусов), станет колебанием, и если существует такая частота, при которой усилитель имеет нулевую фазу контурного усиления, усиление > 1, система будет колебаться на этой частоте.

Возвращаясь к нашему идеальному миру, где нам нужен стабильный усилитель, в котором не колеблется, мы хотим, чтобы он имел петлевое усиление с фазой 180 градусов — когда мы помещаем синусоидальное отклонение в петлю, усилитель исправляет это.

Мы можем построить график усиления и фазы, используя так называемый график Боде:

Обратите внимание на оранжевый маркер и на то, как он указывает на важную характеристику схемы усилителя: К моменту, когда фаза достигает нуля градусов (это означает, что вы поместите синус, и он выйдет в той же фазе), усиление ниже 0 дБ (это означает, что колебание затухает). Этот усилитель стабилен.

Теперь рассмотрим тот же расчет вашего осциллятора Колпитца — его структура по своей природе нестабильна, а его фаза достигает нуля градусов (это означает, что синусоидальный сигнал на входе создает синусоидальный сигнал на выходе с той же фазой), в то время как коэффициент усиления положительный — полный вывод дан в этом ответе.

На самом деле, коэффициент усиления и фаза генераторов могут иметь довольно необычные формы, не похожие на гладкие и, как правило, нисходящие графики, наблюдаемые для усилителей (или усилителей, непреднамеренно генерирующих колебания из-за нестабильности) — приведенный ниже график относится к генератору, которым я сейчас пользуюсь. разработка маломощного радиоприложения с использованием несколько похожей топологии и внешнего резонатора для установления соответствующей фазовой характеристики и резонансного поведения при колебаниях: в сильно подавленный режим, который не колеблется, и один, соответствующий колебательному режиму на моей предполагаемой выходной частоте. Конечно, тот, который колеблется, имеет высокий коэффициент усиления.

Это означает, что вы получаете синус на нужной частоте от в любом месте , и он начнет накапливаться все больше и больше, пока не достигнет предела способности схемы увеличиваться дальше (в этот момент «линейная» часть нашего линейное инвариантное во времени предположение нарушается, и синус поддерживается на той же амплитуде без дальнейшего роста). Именно здесь может произойти насыщение и, следовательно, контроль усиления.

Откуда взялся этот начальный синусоидальный сигнал с нужной частотой? Присутствующий тепловой шум везде в генераторе содержит все возможные частоты, и даже мельчайшие пучки энергии на нужной частоте будут накапливаться цикл за циклом, увеличиваясь до тех пор, пока их не остановят нелинейности, которые вернут коэффициент усиления к единице.

Конечно, это не единственный способ просмотра топологии генератора. Еще одна довольно распространенная топология — это топология генератора Пирса, используемая для генератора на плате микроконтроллеров, таких как Arduino, — ее можно рассматривать как схему RLC (то есть резонатор с потерями) параллельно с с отрицательным сопротивлением таким образом, что объединенный результат представляет собой RLC-цепь с отрицательным сопротивлением , т. е. потери с отрицательным сопротивлением , т. е. самоподдерживающиеся и нарастающие колебания.

1 Это упрощение. Для максимальной точности вы должны учитывать входное и выходное сопротивление (поэтому вам действительно нужно подавать как напряжения, так и токи, а также проводить испытания как с разомкнутыми цепями, так и с короткими замыканиями на землю). Также необходимо учитывать так называемую двустороннюю обратную связь 9.0286 : Несмотря на то, что усилитель «указывает» в определенном направлении, он может очень слабо пропускать сигналы в обратном направлении.

rf — Почему этот транзисторный генератор не работает на частоте 100 МГц?

\$\начало группы\$

Я пытался смоделировать этот генератор в Multisim, но он не работает, я получаю от него только постоянное напряжение. С тем же смещением я заставил его работать, но на более низкой частоте (около 1 МГц), а я хочу получить от него около 100 МГц. У вас есть идеи, почему это не работает? Я знаю, что результаты на симуляторах часто отличаются от реальных, но я не хочу заказывать компоненты и пробовать их дома, если знаю, что мой дизайн хреновый.

Редактировать: я попытался использовать свой новый дизайн, и он снова не работает. Входной импеданс высок, индуктивность намного выше емкости, он смещен как усилитель с общим коллектором класса А, и теперь транзистор должен поддерживать такие высокие частоты. Что не так с моим дизайном?

Редактировать 2:

Я уменьшил импеданс эмиттера, но он все равно не работает.

Редактировать3:

Мои переходные настройки.

Редактировать4:

Переходный отклик моего дизайна, который виден в edit4.

Переходный отклик дизайна Энди ака.

  • RF
  • схема
  • аналоговый
  • генератор
  • радиолюбитель

\$\конечная группа\$

8

\$\начало группы\$

Думаю, это распространенное непонимание характеристики «частоты перехода» транзисторов/операционных усилителей. Частота перехода 300 МГц не означает, что транзистор «работает» до 300 МГц. То есть выше 300 МГц он будет совершенно бесполезен (gain < 1, какой бы режим работы вы ни использовали).

Практические схемы предполагают коэффициент усиления транзисторов >> 1 (среди прочего), поэтому, если в вашей конструкции не учитывается серьезное ухудшение параметров, которое происходит по мере приближения к частоте перехода, вы должны ориентироваться на частоту, которая составляет по крайней мере порядок величины ( то есть в 10 раз) меньше, чем частота перехода, а в приложениях с высоким коэффициентом усиления обычно используются части на 1/100 их частоты перехода.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Почему этот транзисторный генератор не работает на частоте 100 МГц?

В одном из ваших предыдущих вопросов я предложил следующую схему генератора на 100 МГц: —

Как вы можете видеть, L1 примерно в десять раз больше, чем вы используете, а C1 и C2 также намного меньше, чем вы предлагаете в своем схема. Вам также необходимо использовать транзистор с приличным коэффициентом β в ГГц, возможно, BFR90, чтобы получить результаты, близкие к формулам.

В моей симуляции выше я получил 100,6 МГц, но это было с BC547. Теоретически она должна быть около 140 МГц (из памяти), и для этого вам понадобится гораздо лучший транзистор или смиритесь с несоответствием между реальностью и формулой.

\$\конечная группа\$

17

\$\начало группы\$

  1. Вы выбрали транзистор с небольшим коэффициентом усиления на частоте \$100\mathrm{MHz}\$, и
  2. Характеристическое сопротивление цепи вашего резервуара слишком низкое.

У меня нет под рукой данных для 2N2222, но в техпаспорте, который у меня есть для 2N3904, указано \$f_T\$, равное \$250\mathrm{MHz}\$. Вы, , можете заставить транзистор колебаться на уровне \$f_T\$ или ниже, но все становится сложно, а качество генератора низкое.

Типичное эмпирическое правило заключается в использовании \$f_T\$ в 10 раз выше, чем ваш расчетная частота. Это будет означать, что схема вашей платы не будет тривиальной (\$1\mathrm{ГГц}\$ — ок!), но, безусловно, для симуляции она должна работать*. Вы, вероятно, можете немного затенить это. Итак, найдите транзистор с \$f_T\ge 500\mathrm{MHz}\$.

Генератор колеблется, потому что вы подаете на него сигнал, он проходит по контуру и выходит с точно такой же фазой и амплитудой. Чтобы заставил что-то колебаться, вам нужно усиление петли, которое значительно выше, чем 1 при нулевом фазовом сдвиге. Есть много способов добиться этого — для стандартного генератора Колпитца с транзистором со слабым сигналом это означает, что при вашей проектной частоте ваши конденсаторы должны иметь \$X_C \simeq 100\Omega\$, и ваша катушка должна иметь \$X_L\simeq 200\Omega\$. Ваши конденсаторы \$250\mathrm{pF}\$ имеют \$X_C \simeq 6.5\Omega\$ — это просто не сработает**.

Итак, замените транзистор, обе крышки и катушку, и у вас будет что-то, что должно имитировать нормально. Затем, когда вы будете готовы выложить это, загляните сюда, потому что вы почти гарантированно ошибетесь.

* Для радиочастотной конструкции 1980-х годов, к которой я привык — со сквозными компонентами и транзисторами в корпусе ТО-92 — \$100\mathrm{MHz}\$ доходит до верхнего предела частот, чтобы созерцать, не вдаваясь в «микроволновые» методы. Со всеми деталями для поверхностного монтажа и плотной компоновкой вы, вероятно, можете использовать «традиционный» генератор Колпитца, но вам, возможно, придется использовать более «микроволновую» схему, где вы должны рассматривать каждую дорожку схемы как резонатор. Получение ваших рук на некоторые последние радиолюбительских проектов, вероятно, очень хорошая идея.

** Может быть, для какого-нибудь приложения сверхвысокой мощности, где вы используете выходной ВЧ-транзистор, смещенный так, чтобы иметь усиление на такой низкоимпедансной нагрузке. Но не с малосигнальным транзистором.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Насколько я помню, «автономный» генератор имеет положительную обратную связь в цепи, и начало колебаний зависит от усиления шума компонента. Шум и условия запуска в реальном мире нелегко воспроизвести в модели симулятора, поэтому может потребоваться применение советов и приемов для имитации генератора.

В этом справочнике описывается проблема с запуском, как указано ниже, и в статье есть много других конкретных советов и приемов, которые могут относиться или не относиться к ответу на ваш конкретный вопрос:

https://docs.easyeda.com/en /Simulation/Chapter9-Начальные-условия-и-пусковые-схемы/index.html

Даже если цепь является генератором, до t=0 предполагается, что она находится в стабильном неколебательном устойчивом состоянии. При t=0 схема запустится с этих начальных условий постоянного тока. Затем он либо продолжит оставаться в этом устойчивом неколебательном состоянии, либо будет медленно отклоняться от устойчивого состояния постоянного тока, и колебания будут нарастать.

Начальное состояние генераторов, основанных на настроенной схеме, такой как фазовый сдвиг, мост Вина и кварцевые генераторы, будет определяться их условиями смещения постоянного тока. Если в цепи нет источников шума (состояние по умолчанию для всех компонентов, если не указано иное, например резисторы, определенные как вносящие шум), то нет ничего, что могло бы вывести схему из равновесия, и поэтому она может никогда не начать колебаться.

Хотя в большинстве случаев такие осцилляторы в конечном итоге запускаются из-за «скрытого» источника шума, который возникает просто из-за математического шума, генерируемого конечным разрешением и ошибками округления вычислений, выполняемых при моделировании, это может занять очень много времени.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *