Генератор на транзисторе: Работа генератора на транзисторе, частота генерации автогенератора

Содержание

Работа генератора на транзисторе, частота генерации автогенератора

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 11 класс>> Генератор на транзисторе. Автоколебания

§ 36 ГЕНЕРАТОР НА ТРАНЗИСТОРЕ. АВТОКОЛЕБАНИЯ
Вынужденные колебания, которые мы рассматривали до сих пор, возникают под действием переменного напряжения, вырабатываемого генераторами на электростанциях. Такие генераторы не могут создавать колебания высокой частоты, необходимые для радиосвязи. Потребовалась бы чрезмерно большая скорость вращения ротора. Колебания высокой частоты получают с помощью других устройств, например с помощью генератора на транзисторе. Он назван так потому, что одной из основных его частей является полупроводниковый прибор — транзистор.

Автоколебательные системы. Незатухающие вынужденные колебания нередко поддерживаются в цепи действием внешнего периодического напряжения. Но возможны и другие способы получения незатухающих колебаний.

Пусть в системе, в которой могут существовать свободные электромагнитные колебания, имеется источни!^ энергии. Если сама система будет регулировать поступление энергии в колебательный контур для компенсации потерь энергии на резисторе, то в ней могут возникнуть незатухающие колебания.

Системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри самой системы, называются автоколебательными. Незатухающие колебания, существующие в системе без воздействия на нее внешних периодических сил, называются автоколебаниями.

Генератор на транзисторе — пример автоколебательной системы. Он состоит из колебательного контура с конденсатором емкостью С и катушкой индуктивностью L, источника энергии и транзистора.

Как создать незатухающие колебания в контуре? Известно, что если конденсатор колебательного контура зарядить, то в контуре возникнут затухающие колебания. В конце каждого периода колебаний заряд на пластинах конденсатора имеет меньшее значение, чем в начале периода. Суммарный заряд, конечно, сохраняется (он всегда равен нулю), но происходит уменьшение положительного заряда одной пластины и отрицательного заряда другой на равные по модулю значения.

В результате энергия колебаний уменьшается, так как она согласно формуле (4.1) пропорциональна квадрату заряда одной из пластин конденсатора. Чтобы колебания не затухали, нужно компенсировать потери энергии за каждый период.

Пополнять энергию в контуре можно, подзаряжая конденсатор. Для этого надо периодически подключать контур к источнику постоянного напряжения. Конденсатор должен подключаться к источнику только в те интервалы времени, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина заряжена положительно, а присоединенная к отрицательному полюсу — отрицательно (рис. 4.21). Только в этом случае источник будет подзаряжать конденсатор, пополняя его энергию.

Если же ключ замкнуть в момент, когда присоединенная к положительному полюсу источника пластина имеет отрицательный заряд, а присоединенная к отрицательному полюсу — положительный, то конденсатор будет разряжаться через источник (рис. 4.22). Энергия конденсатора при этом будет убывать.

Следовательно, источник постоянного напряжения, постоянно подключенный к конденсатору контура, не может поддерживать в нем незатухающие колебания, так же как постоянная сила не может поддерживать механические колебания.

В течение половины периода энергия поступает в контур, а в течение следующей половины периода возвращается в источник. В контуре незатухающие колебания установятся лишь при условии, что источник будет подключаться к контуру в те интервалы времени, когда возможна передача энергии конденсатору. Для этого необходимо обеспечить автоматическую работу ключа (или клапана, как его часто называют). При высокой частоте колебаний ключ должен обладать надежным быстродействием. В качестве такого практически безынерционного ключа и используется транзистор.


Транзистор, напомним, состоит из трех различных полупроводников: эмиттера, базы и коллектора. Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда, например дырки (это полупроводник р-типа), а база имеет основные носители противоположного знака, например электроны (полупроводник n-типа). Схематическое изображение транзистора показано на рисунке 4.23.

Работа генератора на транзисторе. Упрощенная схема генератора на транзисторе показана на рисунке 4.

24. Колебательный контур соединен последовательно с источником напряжения и транзистором таким образом, что на эмиттер подается положительный потенциал, а на коллектор —отрицательный. При этом переход эмиттер — база (эмиттерный переход) является прямым, а переход база — коллектор (коллекторный переход) оказывается обратным, и ток в цепи не идет. Это соответствует разомкнутому ключу на рисунках 4.21, 4.22.


Чтобы в цепи контура возникал ток и подзаряжал конденсатор контура в ходе колебаний, нужно сообщать базе отрицательный относительно эмиттера потенциал, причем в те интервалы времени, когда верхняя (см. рис. 4.24) пластина конденсатора заряжена положительно, а нижняя — отрицательно. Это соответствует замкнутому ключу на рисунке 4.21.

В интервалы времени, когда верхняя пластина конденсатора заряжена отрицательно, а нижняя — положительно, ток в цепи контура должен отсутствовать. Для этого база должна иметь положительный потенциал относительно эмиттера.

Таким образом, для компенсации потерь энергии колебаний в контуре напряжение на эмиттерном переходе должно периодически менять знак в строгом соответствии с колебаниями напряжения на контуре.

Необходима, как говорят, обратная связь.

Обратная связь в рассматриваемом генераторе — индуктивная. К эмиттерному переходу подключена катушка индуктивностью Lсв, индуктивно связанная с катушкой индуктивностью L контура. Колебания в контуре вследствие электромагнитной индукции возбуждают колебания напряжения на концах катушки, а тем самым и на эмиттерном переходе. Если фаза колебаний напряжения на эмиттерном переходе подобрана правильно, то «толчки» тока в цепи контура действуют на контур в нужные интервалы времени, и колебания не затухают. Напротив, амплитуда колебаний в контуре возрастает до тех пор, пока потери энергии в контуре не станут точно компенсироваться поступлением энергии от источника. Эта амплитуда тем больше, чем больше напряжение источника. Увеличение напряжения приводит к усилению «толчков» тока, подзаряжающего конденсатор.

Генераторы на транзисторах широко применяются не только во многих радиотехнических устройствах: радиоприемниках, передающих радиостанциях, усилителях и т.

д., но и в современных электронно-вычислительных машинах.

Основные элементы автоколебательной системы. На примере генератора на транзисторе можно выделить основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем (рис. 4.25).
1. Источник энергии, за счет которого поддерживаются незатухающие колебания (в генераторе на транзисторе это источник постоянного напряжения).

2. Колебательная система — та часть автоколебательной системы, непосредственно в которой происходят колебания (в генераторе на транзисторе это колебательный контур).
3. Устройство, регулирующее поступление энергии от источника в колебательную систему, — клапан (в рассмотренном генераторе роль клапана выполняет транзистор).
4. Устройство, обеспечивающее обратную связь, с помощью которой колебательная система управляет клапаном (в генераторе на транзисторе предусмотрена индуктивная связь катушки контура с катушкой в цепи эмиттер — база).
Примеры других автоколебательных систем. Автоколебания возбуждаются не только в электрических системах, но и в механических.

К таким системам относятся обычные часы с маятником или балансиром (колесиком с пружинкой, совершающим крутильные колебания). Источником энергии в часах служит потенциальная энергия поднятой гири или сжатой пружины.

К автоколебательным системам относятся электрический звонок с прерывателем, свисток, органные трубы и многое другое. Наше сердце и .иегкие также можно рассматривать как автоколебательные системы.

Мы ознакомились с наиболее сложным видом колебаний — автоколебаниями. В автоколебательных системах вырабатываются незатухающие колебания различных частот. Без таких систем не было бы ни современной радиосвязи, ни телевидения, ни ЭВМ.


1. Что такое автоколебательная система!
2. В чем отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний!
3. Опишите свойства р—n-перехода в полупроводниках.
4. Как устроен транзистор!
5. Какова роль транзистора в генерации автоколебаний!
6. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе!
7. Укажите основные элементы автоколебательной системы.

8. Приведите примеры автоколебательных систем, не рассмотренные в тексте.
* * *
На этом мы заканчиваем изучение механических и электрических колебаний. Замечательна тождественность общего характера процессов различной природы, тождественность математических уравнений, которые их описывают. Эта тождественность, как мы видели, существенно облегчает изучение колебаний.

Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений : базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 17-е изд., перераб. и доп. — М. : Просвещение, 2008. — 399 с : ил.

Материалы по физике онлайн, задачи и ответы по классам, планы конспектов уроков по физике

Каталог

  • Автомобильные подъёмники
  • Оборудование для диагностики автомобилей
    • Дилерские автосканеры для диагностики легковых автомобилей
    • Автосканеры для диагностики грузовых автомобилей
    • Мультимарочные автосканеры для диагностики автомобилей LAUNCH X431
    • Диагностическое оборудование для автомобилей Российского производства
    • Диагностическое оборудование для автомобилей на базе ПК
    • Мультимарочные автосканеры для диагностики автомобилей
    • Портативные автосканеры для диагностики автомобилей (для личного пользования)
    • Автосканеры для диагностики автомобилей по протоколу ОВД-2
    • Диагностическое оборудование для автомобилей TEXA — ИТАЛИЯ
    • Мотор-тестеры и Осциллографы
    • Корректировка одометров
    • Оборудование для чип-тюнинга автомобилей
    • Оборудование для работы с иммобилайзерами автомобилей
    • Тестеры давления, компрессометры
    • Газоанализаторы и дымомеры
    • Видеоэндоскопы, термометры, стетоскопы
    • Автомобильные мультиметры, тестеры, стробоскопы
      • Автомобильный сканер и мультиметр Autel AL539
      • Дымогенератора G-Smoke
      • CT-2081 Тестер тормозной жидкости автомобильный
      • Автомобильный мультиметр AUTOBOSS
      • Astro M5 Cтробоскоп
      • Astro D5 стробоскоп для дизеля
      • ADD330 Тестер для определения коротких замыканий и обрывов цепей
      • SMC-115 тестер-имитатор сигналов датчиков
      • ADD8630 Тестер для проверки аккумуляторных батарей
      • CT-7018 Набор переходников для мультиметров
      • Двухканальная USB-приставка (мотор-тестер) «АВТОАС-ЭКСПРЕСС 2» NEW!
      • АВТОАС-ЭКСПРЕСС М — диагностика систем зажигания
      • ADD9702 Профессиональные токовые клещи
      • ADD51 Портативный автомобильный цифровой мультиметр
      • ADD3055 — Генератор сигналов ЭБУ
      • ADD7610 Пробник плавких предохранителей
      • ADD8055 Прибор для тестирования аккумуляторных батарей
      • ADD8105 Набор многофункциональных переходников
      • ADD8223 — Автомобильный тестер цепей
      • ADD107 Прокалыватель длинный
      • ADD7703 — Электронный тестер тормозной жидкости
      • ADD71 Тестер-иммитатор сигналов датчиков
      • ADD81 Автомобильный мультиметр
      • ADD91 — Профессиональный автомобильный мультиметр
      • ADD3058 — Прибор для имитации сигналов датчиков
      • ADD3068
      • ADD8103 Набор переходников для диагностики
      • ADD210 Автомобильный многофункциональный тестер цепи
      • ADD109 Прокалыватель короткий
    • Оборудование для очистки форсунок
    • Оборудование для диагностики ходовой части автомобиля
    • Дополнительное оборудование для диагностики автомобилей
    • Ремонт, обслуживание, обновление, зап.
      части. для автомобилей
    • Диагностика тестирование и ремонт дизельных двигателей
    • Оборудование для диагностики строительной и сельскохозяйственной техники.
    • Установка профессиональных диагностических программ BMW , HYUNDAI, PEUGEOT, RENAULT, FORD, MAZDA, и т.д…
    • Оборудование для диагностики мотоциклов ,водной техники и снегоходов.
    • Диагностическое оборудование для экскаваторов HYUNDAI
    • Эмуляторы для грузовых автомобилей
  • Покрасочные камеры для автомобилей
  • Стенды развал-схождения для автомобилей
  • Стапель. Кузовное оборудование для автомобилей
  • Шиномонтажное оборудование для автомобилей
  • Оборудование для вытяжки выхлопных газов
  • Мощностные стенды для автомобилей
  • Вулканизаторы
  • Стенды для правки дисков
  • Оборудование для заправки и обслуживания автомобильных кондиционеров
  • Компрессоры
  • Гаражные краны, прессы , домкраты, стойки.
  • Маслосменное оборудование. Оборудование для замены жидкостей в автомобильных системах.
  • Инструмент и специнструмент
  • Оборудование для мойки колёс
  • Диагностика легковых и грузовых автомобилей.Выезд специалиста.
  • Теплогенераторы , тепловые пушки, универсальные горелки, электрические тепловентиляторы.
  • СТЕНДЫ И УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕМОНТА ГРУЗОВЫХ И ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ
  • Инструментальная мебель для автосервиса

Генераторы электрических сигналов

Назначение и виды генераторов.

Электронным генератором сигналов называют устройство, посредством которого энергия сторонних источников питания преобразуется в электрические колебания требуемой формы, частоты и мощности. Электронные генераторы входят составной частью во многие электронные приборы и системы. Так, например, генераторы гармонических или других форм колебаний используются в универсальных измерительных приборах, осциллографах, микропроцессорных системах, в различных технологических установках и др. В телевизорах генераторы строчной и кадровой разверток используются для формирования светящегося экрана.

Классификация генераторов выполняется по ряду признаков: форме колебаний, их частоте, выходной мощности, назначению, типу используемого активного элемента, виду частотно-избирательной цепи обратной связи и др. По назначению генераторы делят на технологические, измерительные, медицинские, связные. По форме колебаний их делят на генераторы гармонических и негармонических (импульсных) сигналов.

По выходной мощности генератора делят на маломощные (менее 1 Вт), средней мощности (ниже 100 Вт) и мощные (свыше 100 Вт). По частоте генераторы можно разделить на следующие группы: инфранизкочастотные (менее 10Гц), низкочастотные (от 10Гц до 100 кГц), высокочастотные (от 100 кГц до 100МГц) и сверхвысокочастотные (выше 100МГц).

По используемым активным элементам генераторы делят на ламповые, транзисторные, на операционных усилителях, на туннельных диодах, или динисторах, а по типу частотно-избирательных цепей обратной связи — на генераторы LC-, RC- и ^L-типа. Кроме того, обратная связь в генераторах может быть внешней или внутренней.

Принципы построения генераторов.

Генератор является нелинейным устройством, которое преобразует, как уже сказано, энергию постоянного напряжения от источников питания в энергию колебаний. Обобщенная структурная схема генератора с внешней обратной связью приведена на рис..1. Она содержит усилитель с коэффициентом усиления К, частотно-избирательную цепь положительной обратной связи с коэффициентом передачи β и цепь отрицательной обратной связи с коэффициентом передачи m.

Функционирование генератора можно разделить на два этапа: этап возбуждения генератора и этап стационарного режима. На этапе возбуждения колебаний

в генераторе появляются колебания и амплитуда их постепенно нарастает. На втором этапе амплитуда колебаний стабилизируется и генератор переходит в стационарный режим. Форма колебаний на обоих этапах показана на рис.

На этапе возбуждения колебаний основную роль играет цепь положительной обратной связи. Эта цепь определяет условие возбуждения колебаний, их частоту и скорость нарастания амплитуды. После возникновения колебаний их амплитуда нарастает до тех пор, пока действие нелинейной отрицательной обратной связи ограничит их рост.

Поскольку на этапе возбуждения цепь отрицательной обратной связи не работает, рассмотрим более простую схему генератора, изображенную на рис.2 Цепь положительной обратной связи b обычно выполняется на пассивных элементах и потому имеет потери. Затухание сигнала в цепи обратной связи компенсируется усилением, которое обеспечивает усилитель У. Рассмотрим условия, при которых в схеме, приведенной на рис.2 а могут возникнуть колебания.

При включении питания в схеме возникают колебания, обусловленные нестационарными процессами — зарядом емкостей и индуктивностей, переходными

Рисунок 2 –Упрощенная схема генератора.

процессами в транзисторах или ОУ. Эти колебания поступают на вход усилителя в виде сигнала UBX и, пройдя усилитель, появляются на его выходе в виде сигнала Uвых=UвхK. С выхода усилителя колебания через цепь положительной обратной связи вновь поступают на вход усилителя, поэтому

Uвых(1-к β)=0, (1)

где К — комплексное значение коэффициента усиления, b — передача цепи обратной связи.

Из уравнения (1) следует, что напряжение на входе усилителя, а следовательно, и на его выходе может иметь конечное значение только при выполнении условия:

1-к β =о,

откуда находим условие возбуждения колебаний:

к β =1, (2)

где произведение к β называется петлевым усилением усилителя с обратной связью.

Условие возникновения колебаний (2) распадается на два условия, которые принято называть условиями баланса амплитуд и фаз:

к β =1, (3)

аrctg(к β) = φ β + φк=0.

Первое из условий (3) означает, что в стационарном режиме полное петлевое усиление на рабочей частоте генератора должно быть равно единице, т. е. модуль коэффициента усиления усилителя должен быть равен модулю обратной величины коэффициента передачи звена положительной обратной связи | К| = | β -1 |. Иначе говоря, насколько сигнал ослабляется при передаче через цепь обратной связи b, настолько же он должен усиливаться усилителем.

Если коэффициент усиления усилителя |K|<|b|, то колебания в схеме генератора будут затухающими, и наоборот, при |K|>|b|, колебания будут нарастающими, как показано на рис.2 б. Для точного выполнения условия баланса амплитуд в схему генератора вводится отрицательная обратная связь, посредством которой изменяется петлевое усиление. Возможны различные способы регулирования петлевого усиления: изменением коэффициента усиления усилителя, изменением коэффициента передачи цепи положительной обратной связи, изменением коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи. В качестве элементов, регулирующих петлевое усиление, используются или пассивные нелинейные элементы: термисторы, варисторы, позисторы, лампы накаливания и др. или транзисторы в режиме регулируемого сопротивления.

Второе условие (3), называемое условием баланса фаз, означает, что полный фазовый сдвиг в замкнутом контуре генератора должен быть равен 2pn, где n — любое целое число. Условие баланса фаз позволяет определить частоту генерируемых колебаний. Если условие баланса фаз выполняется только на одной частоте, то при выполнении условия баланса амплитуд колебания будут гармоническими. Если условие баланса фаз выполняется для ряда частот, то колебания будут негармоническими.

Кроме рассмотренных генераторов с внешней обратной связью, существуют генераторы с внутренней обратной связью, у которых положительная обратная связь обусловлена устройством используемого активного элемента. К таким элементам относятся некоторые типы полупроводниковых диодов, имеющих участок с отрицательным сопротивлением: динисторы. тиристоры, туннельные диод, а также электронные лампы с вторичной эмиссией. В таких генераторах отрицательное сопротивление активного элемента используется для компенсации положительного сопротивления потерь в пассивных элементах. Эти генераторы могут использоваться как при синусоидальной форме выходного напряжения, так и при негармонических выходных напряжениях. Для формирования гармонических напряжений в таких генераторах обычно используются различные резонансные контуры.

Генераторы гармонических сигналов.

В генераторах гармонических сигналов цепь положительной обратной связи выполняется таким образом, чтобы условие баланса фаз выполнялось на одной единственной частоте, на которой также выполняется условие баланса амплитуд.

Наиболее распространенными генераторами гармонических сигналов являются генераторы, в которых цепь положительной обратной связи выполнена на последовательных или параллельных резонансных контурах, на фазосдвигающих RC- или RL-цепях. В качестве примера рассмотрим работу генератора на полевом транзисторе с резонансным контуром в цепи стока, рис. 3 а.

Режим работы схемы генератора по постоянному току выбираемся с помощью двух источников питания: источника питания стока Ес и источника смещения затвора Е.,. В схеме использован параллельный колебательный контур, сопротивление учитывает потери на элементах контура катушке и емкости. Усилитель генератора выполнен па полевом транзисторе с управляемой обратной связью:

Следует отметить еще одну особенность трансформаторной обратной связи. используемой в схеме генератора, приведенной на рис. 3 а. Однополярные концы обмоток трансформатора для возбуждения генератора должны быть включены таким образом, чтобы любое возмущение колебательной системы приводило к появлению сигнала обратной связи, который, складываясь с начальным возмущением, увеличивал бы его. Учитывая, что транзистор изменяет полярность сигнала на противоположную, трансформатор также должен изменять полярность сигнала, с тем, чтобы полный сдвиг фазы составил 2л.

Трехточечные генераторы.

Кроме генераторов с трансформаторной связью широко применяются схемы, получившие название трехточечных. В этих схемах учтены два основных положения, которые были установлены ранее: 1) для выполнения условия баланса фаз напряжения, действующие на затворе (или базе) и стоке (или коллекторе), должны быть в противофазе; 2) для выполнения баланса амплитуд к затвору (или базе) подводится только часть напряжения па контуре. Упрощенные схемы трехточечных

генераторов приведены на рис. 4. В схеме индуктивной трехточки (а) колебательный контур состоит из двух индуктивностей L1 и L2, включенных последовательно, и емкости Ск. По сути, эта схема идентична схеме с трансформаторной связью, в которой использовано автотрансформаторное включение катушек L1 и L2 В схеме емкостной трехточки вместо трансформаторного делителя использован емкостной делитель, состоящий из двух емкостей С1 и С2.

Для выполнения условия баланса фаз противоположные концы контура включены между стоком и затвором (или между базой и коллектором). Средняя точка индуктивного или емкостного делителя подключена к истоку (или эмиттеру). Полные схемы трехточечных генераторов приведены на рис. 5. На рис. 5 а приведена схема трехточечного генератора с емкостным делителем, называемого генератором Колпитца. Выходное напряжение снимается с дополнительной выходной обмотки LCB. На затвор транзистора подается через резистор R2 напряжение смещения, которое выбирается таким образом, чтобы уменьшить искажение формы выходного напряжения.

На рис. 5 б приведена схема индуктивной трехточки, называемой генератором Хартли. Для замыкания средней точки индуктивного делителя с эмиттером используется конденсатор Ссв. Сопротивления R1 и R2 обеспечивают выбор рабочей точки транзистора по постоянному току.

RС-генераторы гармонических сигналов.

Генераторы с LC-контурами нашли широкое применение на высокой частоте, однако их применение на низкой частоте осложняется низким качеством и большими габаритами катушек индуктивности. В связи с этим низкочастотные генераторы обычно используют различные RС-цепи в звеньях положительной обратной связи. Эти RС-цепи обычно имеют квазирезонансные характеристики, со сдвигом фаз между входным и выходным напряжениями, равным нулю или 180°. Две такие цепи приведены на рис. 6 Первая цепь (рис. 6 а) состоит из трех фазосдвигающих звеньев, каждое из которых обеспечивает сдвиг по фазе на 60°. В результате выходное напряжение будет сдвинуто по отношения к входному на 180°С. Для возбуждения колебаний усилитель также должен иметь сдвиг по фазе, равный 180°, т. е. должен быть инвертирующим.

Вторая цепь, изображенная на рис. 6 б, называется мостом Вина и на квазирезонансной частоте обеспечивает сдвиг по фазе, равный нулю, поэтому для возбуждения колебаний усилитель должен быть неинвертирующим.

второе звено состоит из параллельного соединения таких же R и С и имеет сопротивление

Мост Вина состоит из двух .RC-звеньев: первое звено состоит из последовательного соединения R и С и имеет сопротивление

откуда после подстановки Z, и Z2, найдем

Коэффициент передачи звена положительной обратной связи определяется выражением

Если выполнить условие l-(wCR)2=0, то фазовый сдвиг будет равен нулю, а b= 1/3. В этом случае частоту генератора можно будет определить по формуле

w = 1/(СR). (1)

Для стабилизации амплитуды в таких генераторах используют нелинейную отрицательную обратную связь. Две схемы генераторов низкой частоты с мостом Вина и различным выполнением цепи отрицательной обратной связи приведены на рис. 7. На рис. 7 а показана схема генератора с операционным усилителем, в котором отрицательная обратная связь выполнена в виде нелинейного делителя напряжения на сопротивлениях r1 и T. Сопротивление г1 — линейное, а Сопротивление T — нелинейное. В качестве сопротивления T очень часто используют лампочку накаливания. При увеличении выходного напряжения сопротивление металлической нити лампы накаливания увеличивается, что приводит к увеличению глубины отрицательной обратной связи и, следовательно, к уменьшению усиления. В результате выходное напряжение стабилизируется на определенном уровне.

Другой способ стабилизации выходного напряжения генератора показан на рис. 7 б. В этой схеме в качестве регулируемого сопротивления используется сопротивление канала полевого транзистора с управляющим p-n-переходом. При увеличении выходного напряжения генератора увеличивается отрицательное напряжение на затворе транзистора, в результате этого его сопротивление увеличивается, что приводит к увеличению глубины отрицательной обратной связи и, следовательно, к снижению усиления.

Следует отметить, что в обеих схемах, приведенных на рис. 7, коэффициент усиления усилителя должен быть больше трех. Именно это значение коэффициента усиления и устанавливается при помощи регулируемой цепи обратной связи.

Генераторы с внутренней обратной связью (с отрицательным сопротивлением)

В рассмотренных типах генераторов цепи обратной связи отделены от усилительного элемента. Однако существует большая группа генераторов, в которых внешних цепей обратной связи нет совсем. В таких генераторах используются участки вольт-амперных характеристик различных элементов, имеющие отрицательное сопротивление. Участки с отрицательным сопротивлением (или проводимостью) имеются у некоторых типов электронных ламп, например, тетродов, туннельных диодов, динисторов и тиристоров. Если отрицательное сопротивление такого элемента больше положительного сопротивления колебательного контура, то, включив такой элемент в состав контура, можно скомпенсировать потери и тем самым создать в контуре незатухающие колебания.

На рис. 8 показан генератор на туннельном диоде VD. В состав генератора входят, кроме туннельного диода, источник питания Е и катушка индуктивности L с сопротивлением R. Вольт-амперная характеристика туннельного диода (рис. 8 б) на участке А-В имеет отрицательное дифференциальное сопротивление -(20… 100Ом). При включении питания рабочая точка вначале перемещается по ветви О-А. Достигнув точки А, из-за наличия в цепи индуктивности рабочая точка перемещается скачком в точку Б. Если напряжение источника меньше значения u2, то рабочая точка перемещается из точки Б в точку B откуда скачком возвращается в точку Г. Далее процесс повторяется. Очевидно, что напряжение питания должно выбираться из условия ul<E<u2. а сопротивление R < Rдиф. Так как скачки из точки А в точку Б и из точки В в точку Г происходят достаточно быстро, то па выходном напряжении они представлены и виде прямых линий. На участках А-Г и Б-В скорость перемещения зависит от постоянной времени RL-цепи и характеристик диода. Форма выходного напряжения приведена на рис. 9 6.

Кварцевые генераторы.

Кварцевые генераторы получили свое название от кристалла кварца, который используется в генераторе вместо колебательного контура. Добротность колебательного контура на кварце и его стабильность настолько велики, что достичь таких значений в схемах генераторов LC- или RC-типа просто невозможно. Так, например, стабильность частоты -RC-генераторов имеет значение около 0,1%, LC-генераторов — около 0,01%, а кварцевый генератор имеет нестабильность частоты от 10-4 до 10-5%.

Конструктивно кварцевый контур выполняется в виде кварцевой пластины с нанесенными на нее электродами. Эквивалентная схема кварцевого контура состоит из следующих элементов: L — эквивалентная индуктивность кварца, Rnc — сопротивление потерь, Сс — последовательная емкость, Ср — параллельная емкость. Такой контур имеет две резонансные частоты: резонанса напряжений и резонанса токов, причем. Эти резонансные частоты расположены очень близко друг к другу и отличаются всего примерно на 1%. В результате этого частотная характеристика кварцевого контура имеет очень острый пик и высокую добротность.

Две схемы кварцевых генераторов приведены на рис. 11. На рис. 11,а

приведена схема кварцевого генератора, предложенная Пирсом. В этой схеме кварц включается между стоком и затвором полевого транзистора VТ, т. е. в цепь отрицательной обратной связи. Однако на частоте резонанса кварц вносит дополнительный фазовый сдвиг на 180°, в результате чего обратная связь становится положительной.

Аналогичным образом функционирует схема кварцевого генератора, предложенная Колпитцем (рис. 11, 6). В этой схеме для облегчения возбуждения применен емкостной делитель на элементах С, и С2. В результате чего схема становится похожей на емкостную трехточку.

Генератор на транзисторе. Автоколебания - Служебный Дом

1. Что такое автоколебательная система?

        Автоколебательная система - это система, в которой амплитуда колебаний поддерживается при помощи внешнего источника энергии.

2. В чём отличие автоколебаний от вынужденных и свободных колебаний?

        Отличие автоколебаний от свободных и вынужденных в том, что: 1) автоколебания не затухают; 2) Автоколебания могут иметь намного большую частоту, чем вынужденные (такие, которые вырабатывают электрогенераторы).

3. Опишите свойства p-n-перехода в полупроводниках.

        p-n-переход представляет собой элемент транзистора или другого полупроводникового прибора, состоящий из проводника p-типа и n-типа. В проводнике p-типа носителями заряда являются дырки, а в проводнике n-типа - электроны. Таким образом, p-n-переход пропускает ток только в одну сторону.

4. Как устроен транзистор?

        Транзистор состоит из трёх p- и n- проводников. Например, существуют p-n-p а также n-p-n транзисторы. На схеме различия между этими двумя типами выражаются направлением стрелки эмиттера. Принцип работы в том, что транзистор пропускает ток из эмиттера в коллектор только тогда, когда на базу подаётся напряжение определённого знака. Обратный транзистор отличается лишь тем, напряжения каких знаков подаются на электроды.

5. Какова роль транзистора в генерации автоколебаний?

        Роль транзистора в генерации автоколебаний очень высока. Именно благодаря нему можно регулировать подачу тока от источника постоянного тока для поддержания колебаний.

6. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

        Обратная связь в генераторе на транзисторе осуществляется за счёт использования дополнительной индуктивной катушки, присоединённой к цепи транзистора эмиттер-база. Таким образом, в катушке появляется индукционный ток, открывающий и закрывающий транзистор.

7. Укажите основные элементы автоколебательной системы.

        Основные элементы колебательной системы: постоянный источник энергии, колебательный контур, транзистор, обратная связь (катушка индуктивности).

8. Приведите примеры автоколебательных систем.

        В качестве примеров автоколебательных систем можно привести стиральную машину, электрический двигатель, компьютерный "бесперебойник" питания в режиме работы при отсутствии напряжения в осветительной сети (преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный для работы компьютера).

Применение метода аналогий при изучении темы "Генератор на транзисторе"

Генератор на транзисторе является автогенератором электромагнитных колебаний.

Автоколебательные электромагнитные системы по описывающим их законам, аналогичны механическим автоколебательным системам. Под автоколебательной системой понимают такую систему, в которой при отсутствии внешнего периодического воздействия возникают и существуют сколь угодно долго периодические колебания.

Рационально начать изучение темы с повторения механических автоколебательных систем, так как физические основы механических и электромагнитных автоколебаний едины.

Примером механической автоколебательной системы являются маятниковые часы, модель которых изображена на рисунке 1а. В 1657 году голландский физик Христиан Гюйгенс предложил использовать изохронность колебаний маятника для создания равномерного движения стрелки на часах. Устройство, предложенное Гюйгенсом, в его главных чертах сохранилось до настоящего времени: маятник, поднятый груз, анкер и ходовое колесо (рисунок 1б). Обращаю внимание учащихся на то, что в основном маятник движется свободно, получая за период два толчка. Колебания возникают и поддерживаются самой колебательной системой, то есть являются автоколебаниями.

Рисунок 1

Анализируя работу данного механизма, выделяем основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем и объединяем их в блок-схему (рисунок 2)

Рисунок 2

Используя метод аналогий, переходим от механической автоколебательной системы к электромагнитной автоколебательной системе. Анализируем, что можно использовать в качестве источника энергии, клапана, колебательной системы в электрической цепи и как можно осуществить обратную связь между клапаном и колебательной системой. Одновременно на доске и в тетрадях заполняем таблицу 1.

Таблица 1.

Элементы автоколебательной системы

Механическая автоколебательная система (маятниковые часы)

Электромагнитная

автоколебательная система (генератор на транзисторе)

1

источник энергии

поднятый груз

батарея гальванических элементов

2

клапан

анкер

транзистор

3

колебательная система

маятник

колебательный контур

4

Обратная связь

через ходовое колесо

индуктивная – через катушки

Вспоминаем обозначения составляющих частей автогенератора (рисунок 3 а) и рисуем его схему (рисунок 3 б)

Рисунок 3

По данной схеме объясняем принцип работы генератора на транзисторе, подчеркнув в очередной раз, что это автоколебательная система. В момент подключения источника постоянного тока через коллекторную цепь транзистора проходит ток, заряжающий конденсатор колебательного контура. В контуре возникнут свободные электромагнитные колебания. Так как катушка колебательного контура индуктивно связана с катушкой обратной связи, то ее изменяющееся магнитное поле вызовет в катушке обратной связи переменную ЭДС такой же частоты, как и колебания в контуре. Эта ЭДС, будучи приложена к участку база – эмиттер, вызовет пульсацию тока в цепи коллектора. Так как частота этих пульсаций равна частоте электромагнитных колебаний в контуре, то они подзаряжают конденсатор контура и тем самым поддерживают постоянной амплитуду колебаний в контуре.

Собрав установку, изображенную на рисунке 4б можно продемонстрировать, что в автогенераторе без внешнего воздействия возникли электромагнитные колебания синусоидальной формы. Таким образом, в автогенераторе происходит преобразование энергии источника постоянного тока в энергию электромагнитных колебаний.

Поскольку в контуре существуют свободные колебания, то для них контур представляет только активное сопротивление, а потому напряжение на участке эмиттер – коллектор и на участке база – эмиттер должны быть сдвинуты на 180°. Чтобы продемонстрировать это учащимся, необходимо поменять местами провода, подходящие к катушке обратной связи. В этом случае колебания в генераторе не возникнут.

Второе условие работы генератора заключается в следующем: Энергия, поступающая в контур из коллекторной цепи, должна полностью восполнить необратимые преобразования в нем энергии. Это условие обеспечивается обратной связью. Чтобы убедить в этом учащихся, надо приподнять и медленно удалить катушку обратной связи от катушки контура. На экране осциллографа видно, как постепенно уменьшается амплитуда колебаний в контуре и наконец колебания исчезают.

Рисунок 4

На основании проделанных опытов сформулируем вывод, что обратная связь в генераторе автоколебаний должна удовлетворять двум условиям:

а) энергия от источника должна поступать в такт с колебаниями в контуре;

б) поступающая от источника энергия должна быть равна ее потерям в контуре.

Завершаем изучение темы рассмотрением вопроса о применении электромагнитных автоколебательных систем

Метод аналогий при изучении данной темы позволяет не только лучше усвоить суть вопроса, но и, подчеркнуть единство физических закономерностей механических и электромагнитных колебаний.

Стабильный генератор на транзисторах

А. ЯШИН (UA3-160-86), начальник UW3KAK. г. Тула

Описываемый задающий генератор предназначен для генерирования колебаний в 10-метровом любительском диапазоне. Стабильность частоты в диапазоне 28,0-29,7 Мгц изменяется очень незначительно (ухудшаясь с понижением частоты).

Принято считать, что наиболее стабильные бескварцевые автогенераторы - ламповые. Однако при соответствующем расчете схемы автогенератора и полном учете специфики работы транзистора в режимах автогенерации на ВЧ может быть получена стабильность схемы, мало отличающаяся от схем на лампах.

Примененная автором схема (см. рисунок) представляет собой автогенератор с емкостной связью, которая в конструктивном отношении наиболее рациональна.


Важнейшей деталью генератора является контурная катушка L1. Она выполнена горячей намоткой на керамическом каркасе диаметром 20 мм и заключена в экран из тонкой меди (можно применить алюминий). Провод-посеребренный, диаметр - 0,64 мм, шаг намотки - 1,5 мм, число витков - 10,5. Катушка имеет добротность 300. Это позволяет уменьшить связь транзистора с контуром, что приводит к снижению влияния параметров колебательного контура на крутизну характеристики транзистора, а это делает стабильность генератора более равномерной по диапазону.

Дроссели ВЧ наматывают на предварительно очищенных каркасах резисторов ВС-1,0. Др1 содержит 130, а Др2 - 55 витков провода ПЭЛШО 0,12.

Конденсатор переменной емкости C1 типа КПВМ. Конденсаторы постоянной емкости желательно использовать термостабильные (из ВЧ керамики III класса, типа А) с допустимым отклонением емкости ±5%. С2 - C5 - типа КТ или КД групп стабильности М33, М47 (голубой цвет), П33, П120 (синий цвет). С6 - С8 - типа КД, можно типа КВДС. Конструктивно весь задающий генератор выполняется в виде герметически закрытого блока.

При настройке регулируют сопротивления резисторов R1 и R2 для установления оптимального напряжения смещения Uэб=0,2 в. При герметичности конструкции тепловой режим наступает через 20- 35 минут.

Дестабилизирующее влияние цепей питания и паразитные колебания практически устранены правильным расчетом параметров R4, R1, и конденсаторов в цепи обратной связи.

Мощность, потребляемая от источника питания,- 40 мBт; выходная мощность - не менее 0,6 мBт.

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 f0=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 f0=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

ВЧ-генератор на транзисторе MRF284L — Gnativ.ru

Предисловие

Уважаемые друзья!
После публикации на сайте статьи о создании ВЧ-генератора на мощных полевых транзисторах (MOSFET), ко мне стали поступать вопросы радиолюбителей по поводу различных аспектов работы данного устройства, а также возможности его приобретения. Некоторые радиолюбители не смогли запустить генератор, несмотря на простоту схемы и относительно невысокие требования к её монтажу.

На основании собственного опыта, хочу обратить ваше внимание на несколько ключевых моментов при создании данного генератора:

Первое и основное условие для создания работающего генератора — наличие ИСПРАВНОГО транзистора. Многие радиолюбители (впрочем как и я) пользуются демонтированными полупроводниковыми приборами. В большей части — это демонтаж с оборудования базовых станций сотовой связи. Помимо того, что транзистор может быть поврежден в процессе эксплуатации оборудования, так как является высоконагруженным элементом, так он еще может пострадать при «варварском» демонтаже. Поверьте, 20-30% демонтированных транзисторов — имеют значительные отклонения от заявленных характеристик или являются нерабочими. Поэтому, перед тем как монтировать транзистор — не поленитесь его проверить. Методика проверки подобных приборов при помощи тестера — есть в Интернете. Хорошо — когда у вас есть несколько одинаковых транзисторов. В этом случае, вы можете сравнить измеряемые параметры.

Внутренняя структура транзистора MRF284L

Второе условие — не допускать замыкания резонаторов в процессе тестирования устройства. Это приводит к моментальному выходу транзистора из строя. Если это происходит в тишине — можно услышать негромкий щелчок испаряющихся контактов и ячеек… При этом, горящая ВЧ-дуга между резонаторами никак не влияет на работоспособность транзистора. Во время одного эксперимента я держал дугу 3 часа и при этом транзистор был даже не горячим…

Третий момент связан с возбуждением генератора на множестве частот/гармоник. В этом случае генератор не выдает положенную мощность на одной частоте, она «размазывается» по некоторому диапазону. Определить это просто — генератор потребляет значительный ток, а ВЧ-энергии на резонаторах нет (например, не зажигается энергосберегающая лампа поднесенная к резонаторам). В этом случае, необходимо проверить исправность транзистора, попробовать изменить конструкцию резонаторов, их взаимное расположение, проверить источник питания, устранить возможные «паразитные» связи и т.п.. Наиболее часто, такое явление встречается у больших «согласованных» транзисторов, возбуждение происходит на уровне микроструктур. У транзисторов типа MRF284 — такое явление практически не наблюдается.

Ниже представлено видео работы высокочастотного генератора на более мощном транзисторе MRF6522-70. Этот транзистор рассчитан на диапазон 900 МГц., но хорошо работает в подобных генераторах на более низких частотах, не переходя в режим самовозбуждения.

Вот как выглядит плата генератора:

ВЧ-генератор на транзисторе MRF6522-70

Вот еще один генератор на транзисторе MRF9085 (90 Вт. 880 МГц). Очень «злая» штука))). При её работе, гаснет даже фотоаппарат с расстояния почти 1 м. Пришлось поставить светодиод для индикации работы устройства, так как после очередного эксперимента, забыл отключить генератор и вернувшись через 10 минут обнаружил оплавленные резонаторы и дымящуюся плату генератора…

ВЧ-генератор на транзисторе MRF9085, топология элементов.

Плата крупно:

ВЧ-генератор на транзисторе MRF9085

Семейство генераторов ВЧ;

Работа генератора на транзисторе MRF9085:

Ориентировочная оценка выходной мощности генератора:

В любом случае, создание подобного генератора требует наличия необходимых компонентов, аккуратности и некоторого везения. Поэтому, для энтузиастов и тех людей кто хочет провести эксперименты с подобным генератором, но у которых нет технической или другой возможности создать такое устройство у меня есть деловое предложение (см. ниже).

Коммерческое предложение

Для проведения одного из экспериментов, мною были изготовлены 15 одинаковых генераторов на транзисторе MRF284L. В качестве резонаторов для этих генераторов использовалась медная проволока d 0.8-1.0 mm. В этом генераторе отсутствует модулятор, он получился простым и технологичным. Изменяя параметры резонаторов (длину, расстояние) , можно легко получить частоты до 1,8 ГГц., а при некотором опыте и выше…

Ниже представлена монтажная схема ВЧ-генератора:

Вот как выглядят собранные платы. Устройства собраны на двухстороннем фольгированном стеклотекстолите, толщиной 1,6 мм. и адаптированы под монтаж на радиатор.

Вы можете приобрести эти платы у меня по цене 650 р. Все генераторы проверены и гарантированно работоспособны. Для их запуска вам потребуется источник питания 6-12 вольт (1-3 А), два кусочка медной проволоки длинной 10-15 см. и радиатор для охлаждения транзистора. Транзистор монтируется на радиатор с использованием теплоотводящей пасты. Необходимо обеспечить надежный электрический контакт «земли» и истока транзистора. Особых сложностей возникнуть не должно…
В общем обращайтесь на почту: [email protected] если есть такая заинтересованность.

P.S. Уважаемые друзья, осталось 4 генератора из двух последних партий (v.4) по 750 р.


Экспериментальный качер Бровина >>>

Генераторы, схемы

Генератор — это усилитель с такой положительной обратной связью, ко­торая обеспечивает поддержание сигнала на выходе усилителя без пода­чи внешнего входного сигнала. Генератор преобразует постоянный ток (получаемый от источника питания) в переменный сигнал. Для возник­новения устойчивых колебаний должны выполняться два основных тре­бования:

а) обратная связь должна быть положительной;

б) полный петлевой коэффициент усиления должен быть больше 1.

Существует два типа генераторов: генераторы синусоидальных сиг­налов, вырабатывающие гармонические сигналы, и генераторы несинусо­идальных сигналов, называемые также релаксационными генераторами или мультивибраторами, обычно вырабатывающие прямоугольные сиг­налы.

 

Генераторы с резонансным контуром в цепи коллектора

В схеме генератора на рис. 33.1 элементы L2 и C2 образуют резонансный контур, с которого снимается выходной сигнал.

Рис. 33.1. Генератор с резонансным            Рис. 33.2. Генератор с резонансным контуром в       

           контуром в цепи базы.                                                    цепи  коллектора.           

 

Часть этого выходного сигнала подается обратно на вход через трансформаторную связь       L1L2 таким образом, чтобы сигнал обратной связи совпадал по фазе с сигналом на входе. Транзистор включен по схеме с ОЭ и работает в режиме класса А, который задается цепью смещения R1R2. Конденсатор C1 обеспе­чивает развязку для резистора R2 цепи смещения, а конденсатор C3развязку для обычного стабилизирующего резистора R3 в цепи эмиттера.

 

Генераторы с резонансным контуром в цепи базы

В схеме генератора на рис. 33.2 разделительный конденсатор C2 обеспечи­вает работу транзистораT1 в режиме класса С. Элементы L2 и C1 образу­ют резонансный контур. Положительная обратная связь осуществляется через конденсатор C3 и трансформатор Тр1.

Трехточечная схема генератора с индуктивной обратной связью (схема Хартли)

В этом генераторе (рис. 33.3) катушка индуктивности с отводом L1 обеспе­чивает необходимую обратную связь на эмиттер транзистора. Элементы C2 и L1 образуют резонансный контур.

Трехточечная схема генератора с емкостной обратной связью (схема Колпитца)

В этом случае используется расщепленный конденсатор C1C2 (рис. 33.4). Элементы         C1C2 и L1 образуют резонансный контур, кон­денсатор C3 обеспечивает работу транзистора в режиме класса С.

Генераторы с фазосдвигающей цепью обратной связи, или RC-генераторы

Синусоидальные колебания можно также получить с помощью специаль­но подобранных  RC-цепочек обратной связи, как показано на рис. 33.5. RC-секции R1C1, R2C2,                  R3C3 образуют фазосдвигающую цепь, которая на заданной частоте обеспечивает сдвиг фазы сигнала на 180°. Поскольку транзистор сдвигает фазу сигнала на 180°, то в петле обратной связи получается полный фазовый сдвиг 360°. Таким образом, обратная связь оказывается положительной. Обычно номиналы всех резисторов и всех конденсаторов в фазосдвигающей цепи выбираются одинаковыми, и каждая RC-секция вносит фазовый сдвиг 60°.


Рис. 33.3. Схема Хартли.                         Рис. 33.4. Схема Колпитца.

Рис. 33.5.RC-генератор с фазосдвигающей цепью обратной связи на элементах R1C1,

 R2C2, R3C3, обеспечивающей сдвиг фазы сигнала на 180°. 

Еще раз отметим, что вся фазосдвигающая цепь обеспечивает фазовый сдвиг 180° только на одной частоте, определяемой номиналами используемых компонентов.

Кварцевые генераторы

Одним из самых важных требований, предъявляемых к генератору, явля­ется стабильность частоты генерируемых им колебаний. Изменения частоты могут быть вызваны, например, изменением емкости или индук­тивности элементов резонансного контура или изменением параметров транзистора при колебаниях температуры. Стабильность частоты можно улучшить путем точного подбора элементов схемы, в том числе транзистора. Для обеспечения очень высокой стабильности частоты приме­няется кристалл кварца, точно задающий и стабилизирующий частоту колебаний. В небольших пределах частоту генератора с кварцевой стаби­лизацией можно изменять с помощью конденсатора переменной емкости, подключаемого параллельно кристаллу кварца. Кварцевые генераторы используются в цветных телевизорах для генерации поднесущей частоты 4,43 МГц с точностью до нескольких герц.

УВЧ-генераторы

Генераторы очень высоких и ультравысоких частот (УВЧ) по принципу работы аналогичны другим генераторам. Однако из-за очень высокой частоты емкости и индуктивности элементов настройки С и L очень ма­лы. Катушку индуктивности может заменить одна полоска проводника или простая петля из меди. В качестве конденсатора может служить варактор. Для построения резонансной схемы иногда используются от­резки длинных линий, имеющих распределенную емкость и индуктив­ность.

Генераторы несинусоидальных сигналов

Эти генераторы, называемые еще релаксационными генераторами, выра­батывают прямоугольные импульсные сигналы путем переключения од­ного или двух транзисторов из открытого состояния в закрытое и обратно. Несинхронизированный мультивибратор, описанный в предыдущей главе, является примером такого генератора. Другой разновидностью генерато­ра несинусоидальных сигналов является блокинг-генератор.

Блокинг-генератор

В генераторе этого типа применяется трансформаторная обратная связь с коллектора на базу транзистора (рис. 33.6). Работа этой схемы осно­вана на том, что в силу трансформаторной связи напряжение на базе будет наводиться только при изменении тока коллектора, то есть при его увеличении или уменьшении. В первом случае действует положитель­ная обратная связь, во втором — отрицательная. При первом включении схемы транзистор открывается, его коллекторный ток увеличивается, со­здавая напряжение обратной связи на базе, в результате чего транзистор открывается еще больше. Когда достигается насыщение, увеличение кол­лекторного тока прекращается, что вызывает появление на базе напря­жения противоположной полярности. Это напряжение закрывает тран­зистор. Транзистор удерживается в закрытом состоянии отрицательным зарядом на конденсаторе С до тех пор, пока этот конденсатор в доста­точной степени не разрядится через резистор R. После этого транзистор снова отпирается и описанный процесс повторяется.

Выходное напряжение блокинг-генератора представляет собой после­довательность узких импульсов (рис. 33.7). Ширина (длительность) импульса определяется параметрами трансформатора, а временной интер­вал между импульсами — постоянной времени RC. Поэтому частоту ко­лебаний блокинг-генератора можно изменять путем изменения номинала резистора R.


Рис. 33.6. Блокинг-генератор.

   

Рис. 33.7. Выходной сигнал бло­кинг-генератора.

 

Рис. 33.8. Генератор на однопереходном транзисторе.

Вторичная обмотка трансформатора является коллекторной нагруз­кой транзистора. Быстрое изменение тока через эту обмотку при закры­вании транзистора приводит к появлению большой противоЭДС и большо­го выброса коллекторного напряжения. Этот выброс напряжения может превысить максимально допустимое коллекторное напряжение и вызвать разрушение транзистора. Для защиты транзистора параллельно первич­ной обмотке трансформатора включается диод D1. В нормальном режиме этот диод смещен в обратном направлении и закрыт. Открывается он только в том случае, когда напряжение на коллекторе транзистора превышает напряжение источника питания VCC.

 

Генераторы на однопереходных транзисторах

Полупроводниковые приборы, имеющие на характеристике участок с от­рицательным сопротивлением, например одиопереходные транзисторы, могут быть использованы в генераторах. На рис. 33.8 приведена схе­ма генератора на однопереходном транзисторе. Транзистор смещен в ту область своей выходной характеристики, где выходной ток увеличивается при уменьшении входного напряжения, то есть в область отрицательного сопротивления. Он попеременно открывается и закрывается без какой-либо обратной связи. Выходное напряжение на базе 2 (b2) представля­ет собой последовательность импульсов. Еще один выходной сигнал — последовательность импульсов противоположной полярности — можно снять с базы 1 (b1). С эмиттера транзистора можно снять пилообраз­ный сигнал. Частота генерируемых импульсов определяется постоянной времени R1C1.

 

Генераторы пилообразного напряжения

На рис. 33.9 показана схема генератора, вырабатывающего пилообразный сигнал при подаче на его вход прямоугольных импульсов. На участке периода входной последовательности импульсов между точками А и В (рис. 33.10) на базе транзистора действует нулевое напряжение, и тран­зистор находится в состоянии отсечки, т. е. закрыт. Конденсатор C1 постепенно заряжается через резистор R1. Прежде чем конденсатор пол­ностью зарядится, на вход поступает положительный фронт ВС импуль­са, переключающий транзистор в проводящее состояние. В результате конденсатор C1 очень быстро разряжается через открытый транзистор. Конденсатор находится в разряженном состоянии во время действия им­пульса (вершина CD). Отрицательный фронт DE импульса переключает транзистор в состояние отсечки, конденсатор C1 снова начинает заря­жаться и т. д.


Рис. 33.9. Генератор пилообразно­го напряжения,

управляемый последовательностью

прямоугольных им­пульсов.

Рис. 33.10. Форма сигналов на вхо­де и

выходе генератора пилообразно­го напряжения.

Тот же принцип заряда и разряда конденсатора используется и в дру­гих генераторах пилообразного напряжения. На рис. 33.11 приведены схемы двух таких генераторов на основе несинхронизированного мульти­вибратора и блокинг-генератора соответственно, применяемых в блоках: развертки телевизоров. Потенциометр R1 управляет частотой развертки (кадровой синхронизацией), а потенциометр R2 — амплитудой сигнала развертки (размером изображения по вертикали).

Рис. 33.11. Генераторы пилообразного напряжения на основе (а) несинхронизированного мультивибратора и (б) блокинг-генератора, применяемые в блоках кадровой развертки телевизоров.

В этом видео рассказывается о генераторах для исследования, настройки и испытаний систем и приборов:

Добавить комментарий

Однотранзисторный генератор постоянного тока | Электронный дизайн

Возможно, эта схема утверждает очевидное, но иногда очевидное может ускользнуть от нас! Хотя он не так хорош, как многие другие генераторы постоянного тока, он очень простой и очень недорогой. На рисунке показана основная идея. Схема, которую обычно рассматривают как выходной каскад эмиттерного повторителя, идеально подходит для генераторов тока смещения с небольшой податливостью. Его также можно использовать в других приложениях, где его низкая точность и температурная зависимость не являются проблемой.

R B выбирается для обеспечения необходимого выходного тока, I G , и рассчитывается следующим образом:

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275c7f6d5f267ee1fcddf" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Файлы электронного дизайна Com 29 6268 Рисунок 02 "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/08/electronicdesign_com_files_29_6268_figure_02.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data- embed-caption = ""]}%

Это игнорирует базовые токи и т. Д.

R E выбирается таким образом, чтобы при максимальном напряжении соответствия ток транзистора I T > 0. Другими словами, ток I E больше, чем I C , и поэтому транзистор всегда проведение.

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275c7f6d5f267ee1fcde1" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Файлы электронного дизайна Com 29 6268 Рисунок 03 "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/08/electronicdesign_com_files_29_6268_figure_03.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "]}%

, где V G - выходное напряжение генератора.

Изменение тока транзистора, I T , напрямую влияет на характеристики схемы. Например, изменение тока транзистора 10: 1 вызовет изменение I G примерно на 10%, а изменение тока транзистора 2: 1 вызовет примерно 2.5% отклонение в I G . Принимая постоянное значение V A .

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275c7f6d5f267ee1fcde3" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Файлы электронного дизайна Com 29 6268 Рисунок 04 "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/08/electronicdesign_com_files_29_6268_figure_04.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data- embed-caption = ""]}%

Коэффициент тока транзистора L =

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275c7f6d5f267ee1fcde5" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Файлы электронного дизайна Com 29 6268 Рисунок 05 "data-embed-src =" https: // img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/08/electronicdesign_com_files_29_6268_figure_05.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data-embed-caption =" "]}%

Вариант генератора тока M @

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275c7f6d5f267ee1fcde7" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Файлы электронного дизайна Com 29 6268 Рисунок 06 "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/08/electronicdesign_com_files_29_6268_figure_06.png? auto = format & fit = max & w = 1440 "data-embed-caption =" "]}%

Эквивалентное сопротивление R G @

% {[data-embed-type = "image" data-embed-id = "5df275c7f6d5f267ee1fcde9" data-embed-element = "aside" data-embed-align = "left" data-embed-alt = "Файлы электронного дизайна Com 29 6268 Рисунок 07 "data-embed-src =" https://img.electronicdesign.com/files/base/ebm/electronicdesign/image/1998/08/electronicdesign_com_files_29_6268_figure_07.png?auto=format&fit=max&w=1440 "data- embed-caption = ""]}%

Например, при питании V A = 15 В, управляя цепью соответствия от 1 В до 3 В, положив R B = 680 O и R E = 6.8k дает выходной сигнал около 1 мА, коэффициент тока транзистора L, равный 0,7, изменение генератора тока M около 1% и эквивалентное сопротивление R G около 150 кОм. Имейте в виду, что схема имеет температурную зависимость -0,3% на ° C.

Схема однотранзисторного синусоидального генератора

Для генерации простого генератора с фазовым сдвигом можно легко использовать схему однотранзисторного синусоидального генератора.

Выходной сигнал представляет собой синусоидальную волну с «глыбой» внутри нее, что означает, что содержание искажений значительно выше, около 10%.

Обычно это не проблема, часто при воспроизведении звуковых тонов более высокое содержание гармоник может сделать звук более привлекательным.

Чистота синусоидальной волны может быть улучшена путем размещения регулируемого резистора (25 Ом) в выводе эмиттера Q1 (x).

Резистор модифицирован, чтобы гарантировать, что схема генератора синусоидального сигнала на одном транзисторе просто колеблется, тогда синусоида будет сравнительно естественной.

Тем не менее, если уровень напряжения питания отличается, колебания могут полностью прекратиться.

Функциональную частоту можно было бы изменить, поместив переменный резистор 10 кОм последовательно вместе с R3 или изменив C1,2, 3.

Генерация C1,2,3, аналогичная 100 нФ, безусловно, будет иметь рабочую частоту.

Кроме того, рабочая частота может регулироваться напряжением с помощью полевого транзистора, подключенного последовательно с R3, или оптически управляться LDR, подключенным последовательно с R3.

Схема синусоидального генератора СНЧ

Создание синусоидальных волн крайне низкой частоты (т.е.е. ниже 0,1 Гц) доставляет множество неприятностей.

Синхронизирующие конденсаторы обычно должны быть дорогостоящими электрическими, любой используемый усилитель должен быть комбинированным, а входной импеданс усилителя должен быть достаточно высоким.

Один из обычных методов - это сначала создать низкочастотные прямоугольные волны, а затем преобразовать большинство из них непосредственно в синусоидальную волну с помощью ряда нелинейных устройств, таких как диоды.

Схема синусоидального генератора СНЧ, показанная на рис.1 - довольно простая техника, зависящая от хорошо известного моста Вена.

Полевой транзистор с n каналом и транзистор PNP обычно организованы в парную схему постоянного тока, а коэффициент усиления по напряжению зависит от отрицательной обратной связи R3 и R4.

Для усиления требуется просто около трех, следовательно, если смещение, необходимое для полевого транзистора, составляет 3 В, выходной уровень, вероятно, будет примерно вдвое ниже напряжения питания.

Из-за того, что R1 может быть резистором высокого номинала, емкость конденсатора составляет всего 1 мк5 для синусоидальных выходов 0.01 Гц.

Этот конденсатор может быть выполнен из поликарбоната. Амплитуда выходного сигнала может быть изменена с помощью RV1, чтобы обеспечить низкие гармонические искажения, а также быть около 10 В от пика до пика.

Неудивительно, что при использовании этой мостовой схемы Вина стабильность частоты соответствует изменениям как напряжения питания, так и температуры.

Поваренная книга по биполярным транзисторам

- Часть 5


Два наиболее широко используемых типа схем транзисторных генераторов сигналов - это типы генераторов, которые генерируют синусоидальные волны и используют транзисторы в качестве линейных усилительных элементов, и типы мультивибраторов, которые генерируют квадратные или прямоугольные формы сигналов и используют транзисторы в качестве цифровых переключающих элементов.

В этом месячном выпуске описаны практические способы использования биполяров в линейном режиме для создания простых, но полезных схем генератора синусоидальной волны и белого шума. В выпуске в следующем месяце серии будут рассмотрены практические мультивибраторы схем генераторов биполярных сигналов.

ОСНОВА ОСЦИЛЛЯТОРА

Чтобы генерировать достаточно чистые синусоидальные волны, генератор должен удовлетворять двум основным конструктивным требованиям, как показано на Рис. 1 . Во-первых, выходной сигнал усилителя (A1) должен быть подан обратно на его вход через частотно-избирательную сеть (A2) таким образом, чтобы сумма фазовых сдвигов усилителя и цепи обратной связи равнялась нулю градусов (или 360 °) при желаемая частота колебаний, т.е.е., так что x ° + y ° = 0 ° (или 360 °). Таким образом, если усилитель генерирует сдвиг фазы на 180 ° между входом и выходом, частотно-избирательная сеть должна вносить дополнительный сдвиг фазы на 180 °.

РИСУНОК 1. Основная схема и условия, необходимые для генерации синусоидальной волны.


Второе требование состоит в том, что коэффициент усиления усилителя должен точно противодействовать потерям в цепи частотно-избирательной обратной связи на желаемой частоте колебаний, чтобы получить общий коэффициент усиления системы, равный единице, т.е.g., A1 x A2 = 1. Если коэффициент усиления меньше единицы, схема не будет колебаться, а если больше единицы, она будет перегружена и будет генерировать искаженные формы волны. Сеть частотно-избирательной обратной связи обычно состоит из C-R или L-C или кварцевого фильтра; практические схемы генератора, в которых используются частотно-избирательные фильтры C-R, обычно генерируют выходные частоты ниже 500 кГц; те, которые используют частотно-избирательные фильтры L-C, обычно генерируют выходные частоты выше 500 кГц; те, которые используют кварцевые фильтры, генерируют сверхточные частоты сигнала.

ОСЦИЛЛЯТОРЫ C-R

Простейшим синусоидальным генератором C-R является генератор с фазовым сдвигом, который обычно принимает базовую форму, как показано на Рис. 2 . Здесь три идентичных фильтра верхних частот C-R включены каскадом, чтобы создать фильтр третьего порядка, который вставляется между выходом и входом инвертирующего (сдвиг фазы на 180 °) усилителя; фильтр дает полный фазовый сдвиг 180 ° на частоте fo, равной примерно 1 / (14RC), поэтому полная схема имеет сдвиг контура на 360 ° при этом условии и колеблется на fo, если усилитель имеет достаточный коэффициент усиления (примерно x29), чтобы компенсировать потери в фильтре и, таким образом, получить средний коэффициент усиления контура, дробно 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 имеет тенденцию пропускать высокочастотные сигналы, но отклоняет низкочастотные. Его выходной сигнал уменьшается на 3 дБ при частоте прерывания 1 / (2 RC) и падает на уровне 6 дБ / октаву, когда частота уменьшается ниже этого значения. Таким образом, базовый фильтр 1 кГц дает 12 дБ подавления сигнала 250 Гц и 20 дБ - сигнала 100 Гц.Фазовый угол выходного сигнала опережает входной и равен arctan 1 / (2fCR), или + 45 ° при fc. Каждая ступень C-R известна как фильтр первого порядка. Если несколько (n) таких фильтров подключены каскадом, результирующая схема называется фильтром «n-го порядка» и имеет крутизну, превышающую fc, равную (n x 6 дБ) / октаву.

На рисунке 3 показана схема практического генератора с фазовым сдвигом 800 Гц, который может работать от любого источника постоянного тока в диапазоне от 9 до 18 В. Для первоначальной настройки схемы просто отрегулируйте RV1 так, чтобы схема генерировала достаточно чистый синусоидальный сигнал 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 генераторов с фазовым сдвигом типа Figure 3 заключаются в том, что они имеют довольно низкую внутреннюю стабильность усиления и их рабочую частоту нелегко сделать переменной. Гораздо более универсальный генератор C-R может быть построен с использованием мостовой сети Вина.

На рисунке 4 показаны основные элементы генератора моста Вина. Сеть Вина состоит из R1-C1 и R2-C2, значения которых сбалансированы так, что C1 = C2 = C, а 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 с высоким входным сопротивлением x3 между его выходными и входными клеммами, как показано на схеме.

РИСУНОК 4. Базовая 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 больше единицы и использует резистор цепи Вина R1 в качестве нагрузки коллектора, а Q1 представляет высокий входной импеданс на выходе сети Вина и имеет переменное усиление через RV1. Значения компонентов показывают, что схема колеблется с частотой около 1 кГц - при использовании RV1 следует отрегулировать так, чтобы генерировалась слегка искаженная синусоидальная волна.

РИСУНОК 5. Практический генератор Вина 1 кГц.


На рисунке 6 показана улучшенная конструкция генератора Вина, потребляющая 1.8 мА от источника питания 9 В и имеет полностью регулируемую выходную амплитуду до 6 В от пика к пику через RV2. Q1-Q2 - это пара комплементарного общего эмиттера с прямой связью, обеспечивающая очень высокий входной импеданс для базы Q1, низкий выходной импеданс коллектора Q2 и неинвертированный коэффициент усиления по напряжению от x5,5 постоянного тока и от x1 до x5,5 AC (переменная через RV1). Красный светодиод генерирует 1,5 В с низким импедансом, которые поступают на базу Q1 через R2 и, следовательно, смещают выход Q2 до значения покоя + 5 В. Сеть Wien R1-C1 и R2-C2 подключена между выходом Q2 и входом Q1, и при использовании RV1 просто настраивается так, чтобы при просмотре выходного сигнала схемы на осциллографе генерировалась стабильная и визуально чистая форма сигнала.В этом случае амплитуда колебаний ограничена на уровне примерно 6 В от пика до пика из-за начала ограничения положительного пика, когда усилитель начинает работать в режиме насыщения. Если RV1 тщательно отрегулирован, это ограничение может быть уменьшено до почти незаметного уровня, позволяя генерировать синусоидальные волны хорошего качества с коэффициентом нелинейных искажений менее 0,5%.

РИСУНОК 6. Мостовой синусоидальный генератор Вина 1 кГц с выходом переменной амплитуды.


Цепь , рис. 6, может быть изменена для работы с ограниченным диапазоном переменной частоты путем уменьшения значений R1 и R2 до 4.7 кОм и соединить их последовательно с объединенными переменными резисторами 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 автоматическим регулированием усиления и с использованием различных стандартных схем этого типа, которые были опубликованы в предыдущих выпусках этого журнала. .

ОСЦИЛЛЯТОРЫ L-C

Синусоидальные генераторы

C-R обычно генерируют сигналы в диапазоне от 5 Гц до 500 кГц. Генераторы L-C обычно генерируют их в диапазоне от 5 кГц до 500 МГц и состоят из частотно-избирательной цепи L-C, которая подключена к петле обратной связи усилителя.

Самым простым генератором на L-C транзисторах является генератор обратной связи с настроенным коллектором, показанный на Рис. 7 . Q1 подключен как усилитель с общим эмиттером, с базовым смещением, обеспечиваемым через R1-R2, и с эмиттерным резистором R3, развязанным по переменному току через C2. L1-C1 формирует настроенную коллекторную цепь, а обратная связь коллектор-база 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 сдвиг фазы контура на настроенной частоте, так что она колеблется, если коэффициент усиления контура (определяемый отношением витков T1) больше единицы.

РИСУНОК 7. Настроенный коллекторный осциллятор обратной связи.


Особенностью любой настроенной цепи L-C является то, что фазовое соотношение между ее током включения и индуцированным 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 частота может быть изменена от 1 МГц до 2 МГц через C1.Эта базовая схема может быть спроектирована для работы на частотах от нескольких десятков Гц при использовании трансформатора с многослойным сердечником до десятков или сотен МГц при использовании радиочастотных технологий.

ВАРИАНТЫ ЦЕПИ

Рисунок 8 показывает простой вариант конструкции Рисунок 7 - осциллятор Хартли. Его коллекторная нагрузка L1 отводится примерно на 20% вниз от его верха, и положительная шина питания подсоединяется к этой точке; Таким образом, L1 обеспечивает действие автотрансформатора, в котором напряжение сигнала наверху L1 сдвинуто по фазе на 180 ° с напряжением на его нижнем (коллектор Q1) конце.Сигнал с верхней части катушки подается на базу Q1 через C2, и, таким образом, схема колеблется с частотой, установленной значениями L-C.

РИСУНОК 8. Базовый генератор Хартли.


Отметьте из вышеприведенного описания, что действие генератора зависит от некоторого вида точки отвода общего сигнала, выполненной в настроенной цепи, так что получается действие автотрансформатора с разделением фаз. Эта точка ответвления не обязательно должна быть превращена в настоящую катушку настройки, но может быть преобразована в конденсатор настройки, как в схеме генератора Колпитца, показанной на , рис. 9, .С показанными значениями компонентов эта конкретная схема колеблется примерно на 37 кГц.

РИСУНОК 9. Генератор Колпитца 37 кГц.


Модификация конструкции Колпитта, известная как осциллятор Клаппа или Гурье, показана на рис. 10 . C3 соединен последовательно с L1 и имеет небольшое значение по сравнению с C1 и C2. Следовательно, резонансная частота схемы устанавливается в основном L1 и C3 и почти не зависит от изменений емкости транзисторов и т. Д.Таким образом, схема обеспечивает отличную стабильность частоты. При показанных значениях компонентов он колеблется с частотой около 80 кГц.

РИСУНОК 10. Генератор Гурье или Клаппа, 80 кГц.


На рисунке 11 показан генератор Рейнарца, в котором катушка настройки имеет три индуктивно связанных обмотки. Положительная обратная связь достигается путем соединения сигналов коллектора и эмиттера транзистора через обмотки L1 и L2. Обе эти индуктивности подключены к L3, и цепь колеблется с частотой, определяемой L3-C1.На диаграмме показаны типичные отношения витков катушки для цепи, колеблющейся с частотой несколько сотен кГц.

РИСУНОК 11. Базовый генератор Рейнарца.


Наконец, . Рисунки 12, и , 13, показывают версии осцилляторов Хартли и Колпитца с эмиттерным повторителем. В этих схемах транзисторы и настроенные схемы L1-C1 дают нулевой фазовый сдвиг на частоте колебаний, а настроенная схема дает усиление по напряжению, необходимое для обеспечения колебаний.

РИСУНОК 12. Версия генератора Хартли с эмиттерным повторителем.


РИСУНОК 13. Версия генератора Колпитца с эмиттерным повторителем.


МОДУЛЯЦИЯ

Цепи генератора L-C на рис. 7 , с по 13 можно легко модифицировать для получения модулированных (AM или FM), а не непрерывных (CW) выходных сигналов. Рисунок 14 , например, показывает схему Рисунок 7 , модифицированную для работы в качестве генератора частоты биений (BFO) 456 кГц с функцией амплитудной модуляции (AM).Стандартный транзисторный трансформатор промежуточной частоты 465 кГц (T1) используется в качестве настраиваемой схемы L-C, 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 использоваться для создания глубины модуляции примерно до 40%. C1 имеет низкий импеданс для несущей 465 кГц, но высокий импеданс для сигнала модуляции AF.

РИСУНОК 14. BFO 465 кГц с функцией AM.


На рисунке 15 показана приведенная выше схема, модифицированная для обеспечения возможности частотной модуляции (FM) 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 сути демонстрирует емкость (в несколько десятков пФ), которая уменьшается с приложенным обратным напряжением. D1 и блокирующий конденсатор C2 подключены последовательно и эффективно подключены через настроенную схему T1 (поскольку шины питания схемы закорочены вместе, что касается сигналов переменного тока).

РИСУНОК 15. BFO 465 кГц с варакторной настройкой и функцией FM.


Следовательно, центральная частота генератора может быть изменена путем изменения емкости D1 через RV1, а FM-сигналы могут быть получены путем подачи сигнала модуляции AF на D1 через C3 и R4.

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ

Генераторы с кварцевым управлением обеспечивают превосходную точность и стабильность частоты. Кристаллы кварца имеют типичные значения добротности около 100 000 и обеспечивают примерно в 1000 раз большую стабильность, чем обычная схема с регулировкой L-C.Их рабочая частота (которая может варьироваться от нескольких кГц до 100 МГц) определяется механическими размерами кристалла, который можно разрезать для обеспечения последовательной или параллельной резонансной работы. Устройства с последовательным режимом демонстрируют низкий импеданс в резонансе - устройства с параллельным режимом демонстрируют высокий импеданс в резонансе.

На рисунке 16 показан кварцевый генератор с широким диапазоном, предназначенный для использования с кристаллом параллельного режима. Фактически это схема генератора Пирса, и ее можно использовать практически с любым исправным кристаллом параллельного режима от 100 кГц до 5 МГц без необходимости модификации схемы.

РИСУНОК 16. Широкодиапазонный генератор Пирса использует кристалл параллельного режима.


В качестве альтернативы, На рис. 17 показан генератор Колпитца 100 кГц, предназначенный для использования с кристаллом последовательного режима. Обратите внимание, что настроенная схема L1-C1-C2 предназначена для резонанса на той же частоте, что и кристалл, и что значения ее компонентов должны быть изменены, если используются другие частоты кристалла.

РИСУНОК 17. Генератор Колпитца, 100 кГц, использует кристалл последовательного режима.


Наконец, На рис. 18 показан исключительно полезный двухтранзисторный генератор, который можно использовать с любым последовательно-резонансным кристаллом от 50 кГц до 10 МГц. Q1 подключен как усилитель с общей базой, а Q2 - как эмиттерный повторитель, а выходной сигнал (от эмиттера Q2) подается обратно на вход (эмиттер Q1) через C2 и последовательно-резонансный кристалл. Эта превосходная схема будет колебаться с любым кристаллом, показывающим малейшие признаки жизни.

РИСУНОК 18. Генератор с широким диапазоном (50 кГц - 10 МГц) может использоваться практически с любым кристаллом последовательного режима.


БЕЛЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ШУМА

Одна полезная линейная, но несинусоидальная форма волны известна как белый шум, который содержит полный спектр случайно сгенерированных частот, каждая из которых имеет одинаковую среднюю мощность при усреднении за единицу времени. Белый шум имеет важное значение при тестировании усилителей AF и RF и широко используется в системах звуковых генераторов со спецэффектами.

На рисунке 19 показан простой генератор белого шума, который основан на том факте, что все стабилитроны генерируют значительный белый шум при работе с низким током.R2 и ZD1 подключены в петле 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, который соединен последовательно с базой Q1, который усиливает шум до полезного уровня примерно 1,0 В, от пика до пика. В этой схеме можно использовать любой стабилитрон от 5,6 до 12 В.

РИСУНОК 19. Генератор белого шума на транзисторе-стабилитроне.


РИСУНОК 20. Двухтранзисторный генератор белого шума.


Рисунок 20 представляет собой простую вариацию вышеупомянутой конструкции с обратносмещенным переходом база-эмиттер транзистора 2N3904 (который «стабилитрон» составляет около 6 В), используемым в качестве шумогенератора. NV


Простой генератор прямоугольных сигналов

Радио 2002, 5

Обычно генераторы прямоугольных импульсов основаны на симметричном мультивибраторе с биполярными транзисторами той же структуры и с двумя частотно-определяющими цепями.Однако вы можете построить более простой генератор с двумя транзисторами разной структуры (см. Рисунок 1) только с одной схемой, определяющей частоту.

Рисунок 1. Принципиальная схема генератора прямоугольных импульсов
C1 - 470 пФ, VT1 - BC547, VT2 - BC557

Схема работает следующим образом: при подаче напряжения питания (конденсатор C1 не заряжен) транзистор VT1 начинает проводить ток, протекающий через резистор смещения R1. Коллекторный ток этого транзистора является базовым током транзистора VT2, и этот ток коллектора открывает транзистор VT2.Напряжение на коллекторной нагрузке транзистора VT2 увеличивается через цепь C1R2, что дополнительно открывает транзистор VT1, и в результате происходит лавинообразный процесс открытия двух транзисторов - это формирует фронт прямоугольного импульса.

Длительность импульса определяется зарядкой конденсатора C1 через резистор R2. По мере зарядки конденсатора С1 ток базы транзистора VT1 уменьшается, и наступает момент, когда начинается лавинообразный процесс закрытия обоих транзисторов.На нагрузке формируется спадающий фронт импульса. Длительность между импульсами определяется длительностью разряда конденсатора C1 током, протекающим через резисторы R1 и R2. Затем процесс повторяется.

Работу генератора можно объяснить по-разному. Схема двухкаскадного усилителя имеет положительную обратную связь (сеть R2C1) и одновременно усилитель переводится в линейный режим транзистора VT1 путем подачи смещения на его базу через резистор R1. Следовательно, возникают релаксационные колебания.Для стабилизации работы генератора каждый каскад имеет отрицательную обратную связь - на первом каскаде (резистор R1) она слабая, а на втором каскаде эмиттерная цепь транзистора VT2 имеет резистор R5.

simple_square_wave_generator_circuit_e.html

Генератор стабильно работает при напряжении питания от 1,5 до 12 В, а ток потребления находится в диапазоне от 0,15 мА до нескольких мА. Амплитуда выходных импульсов на «Out 1» чуть больше половины напряжения питания, а на «Out 2» примерно в 10 раз меньше.При желании можно добавить еще один каскад делителя напряжения (1/100), вставив резистор 24 Ом между нижним выводом резистора R4 и общим проводом.

При значениях компонентов, показанных на рис. 1, а при напряжении питания 2,5 В ток потребления цепи 0,2 мА и частота 1000 Гц, скважность 50% (меандр), амплитуда сигнала на «Out 1» 1V .

Конечно, в таком простом генераторе параметры сигнала существенно зависят от напряжения питания.Следовательно, генератор следует настраивать на то же напряжение, с которым он будет использоваться. В случае отсутствия генерации отрегулировать номинал резистора R1 и, возможно, R5 (заменить резисторами с другим номиналом). Продолжительность включения устанавливается подбором номинала резистора R2.

Одно из возможных применений этого генератора - мигающий свет. Затем нагрузку (светодиод или лампа накаливания) подключают последовательно с резистором R5, и с помощью конденсатора С1 емкостью 1 мкФ получают частоту колебаний около 0.5 ... 1 Гц. Для получения необходимой яркости света номинал резисторов R3, R5 может быть уменьшен, а резистор R4 может быть исключен за ненадобностью.

В. Полякова, Москва

Загрузите LTSpice модель схемы: simple_square_wave_generator_circuit_e.asc. В нем используются транзисторы КТ315Г и КТ361Г. Загрузите модели этих транзисторов PSpice и вставьте их в файл "LTspiceIV \ lib \ cmp \ standard.bjt" LTSpice.

НАЗАД
Схема 3-фазного генератора синусоидального сигнала на основе транзистора

В статье объясняется очень простая схема генератора 3-фазного синусоидального сигнала, использующая только три биполярных транзистора и несколько пассивных компонентов для инициирования желаемого трехфазного выхода.

Как это работает

Обращаясь к схеме генератора трехфазной синусоидальной волны, мы можем увидеть три идентичных транзисторных каскада, сконфигурированных с перекрестной связью, с эквивалентными временными постоянными RC на их базах.

Резистор 10 кОм и конденсатор 1 мк, по сути, становятся ответственными за обеспечение необходимого эффекта задержки для генерации предполагаемых трехфазных сигналов с фазовым сдвигом 120 градусов.

При включении питания может показаться, что каскады претерпевают заблокированную последовательность, однако, поскольку все конденсаторы не могут иметь точно такое же значение, тот, который имеет более низкое значение оттенка, чем другой, заряжается первым, вызывая последовательную проводимость через транзистор.

Предположим, что из-за несоответствия значений конденсатор базы среднего транзистора заряжается первым, это позволяет среднему транзистору проводить первым, который, в свою очередь, заземляет базу крайнего правого транзистора, предотвращая его проведение в течение этого мгновенного момента, но в Между тем, основной конденсатор левого или правого транзистора также заряжается в тандеме, что заставляет средний транзистор отключиться и освободить проводимость правого транзистора.

Двухтактный цикл

Вышеупомянутая процедура взаимного двухтактного соединения индуцирует и устанавливает в непрерывную последовательную цепочку проводимости на транзисторах, вызывая появление на коллекторах транзисторов предполагаемой трехфазной схемы сигнала.Из-за постепенного заряда и разряда конденсаторов форма результирующего сигнала представляет собой чисто синусоидальную волну.

Резистор 2K2, показанный желтым, как ни странно, становится решающим в инициировании последовательности генерации трехфазного сигнала, без которого схема, кажется, резко останавливается.

Как упоминалось ранее, степень фазы может быть изменена путем изменения значений RC на базах транзисторов, здесь она сконфигурирована для получения фазового сдвига на 120 градусов.

Принципиальная схема

Осциллограмма осциллографа, трехфазный сигнал

Видео иллюстрация

Поскольку мой осциллограф не был оборудован для измерения трехфазного сигнала, мне удалось проверить только один канал на видео.

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

Транзисторный тестер Частотомер ШИМ генератор прямоугольных импульсов LCR-метр Вольтметр Резисторный конденсаторный детектор Многофункциональный детектор TFT ЖК-дисплей

1.Описание:

Это частотомер с тестером транзисторов. Он использует полноцветный экран для отображения данных измерений с размером пикселя 160 * 128. Он питается от многослойной батареи 9 В или может питаться от адаптера питания. В нем используется однокристальный микрокомпьютер ATMEAG328P DIP-28 с разъемом IC.

2.Функция:

1>. Он идентифицирует триод Дарлингтона его пороговым напряжением базового эмиттера и высоким коэффициентом усиления тока.

2>. Он может проверить коэффициент усиления общего эмиттерного тока триода NPN и PNP, пороговое напряжение базового эмиттера и ток утечки коллектор-эмиттер при отсечении.

3>. Поворотный переключатель управления кодированием, измерение одной кнопкой, автоматическое отключение.

4>. В дисплейном блоке используется цветной экран размером 160x128 пикселей, весь экран имеет 8x20 символов, глубина цвета 16 бит и символы графического элемента дисплея.

5>.Он автоматически обнаруживает триоды NPN и PNP, полевые транзисторы, диоды, двойные диоды, тиристоры, тиристоры и автоматически определяет распределение выводов вышеупомянутых транзисторов.

3. Описание:

1> .Название продукта: измеритель частоты тестера транзисторов

2>. Входное напряжение: 6,8 В ~ 12 В

3>. Ток машины: 30 мА

4> .Ток выключения: 20nA

5>.Разрешение измерения сопротивления: 0,01 Ом

6>. Максимальное сопротивление: 50 МОм

7> .Диапазон измерения конденсатора: 25 пФ-100 мФ

8> .Разрешение конденсатора: 1 пФ

9>. Рабочий цикл: 1% ~ 99% (регулируется)

10>. Рабочая температура: -25 ℃ ~ 85 ℃

11> .Влажность в работе: 5% ~ 95% относительной влажности

12> .Размер: 79 * 64 * 31 мм

4.Примечание:

1>.Он измеряет до 2 резисторов одновременно, поэтому можно измерить и трехконтактный регулируемый резистор. Если регулируемый резистор отрегулирован до конца, можно измерить только одно значение сопротивления.

2>. Измерьте до двух диодов одновременно и отобразите положительные и отрицательные полюса и напряжение во включенном состоянии.

3>. Светоизлучающий диод также отображается как графический символ диода, и его напряжение во включенном состоянии намного выше, чем у обычного диода.

4>.Стабилитроны с обратным напряжением пробоя ниже 4,5 В. Также можно обнаружить и отобразить в виде символа двойного диода. Положительный и отрицательный полюса основаны на символе диода с напряжением проводимости около 700 мВ, а напряжение проводимости соответствует другому символу диода. является регулируемой величиной, поэтому не измеряйте одновременно общий диод и стабилитрон.

5>. При тестировании одного диода, одновременно проверьте емкость обратного перехода его PN перехода.Емкость PN перехода триода также может быть проверена. В это время только база и эмиттер триода или база и коллектор могут быть размещены одновременно.

6> .Конденсаторы ниже 25 пФ также могут быть протестированы. Этот тест требует сначала подготовки конденсатора 30 пФ, затем сначала тестирования конденсатора 30 пФ, затем измерения его параллельно с тестируемым конденсатором и вычитания измеренного значения конденсатора 30 пФ из результата. полученный.

7>.Выведите один прямоугольный сигнал, можно выбрать многоуровневую частоту, максимальная выходная частота составляет 2 МГц.

8>. Выводит один импульсный сигнал (ШИМ) с фиксированной частотой и регулируемым рабочим циклом.

9>. Функция испытания отдельной емкости. Этот метод испытания представляет собой непрерывное измерение. Конденсатор емкостью 2 мкФ-50 мФ можно непосредственно измерить в его цепи. Цепь, в которой проверяемый конденсатор должен быть отключен, а проверяемый конденсатор должен быть полностью разряжен .

10>. Тиристоры и тиристоры могут идентифицировать только их распределение контактов, а ток срабатывания тиристора или тиристора, который должен быть протестирован, меньше, чем ток, который может обеспечить тестер, и тестер может обеспечить только ток срабатывания до 6 мА.

11>. Перед тестированием конденсатора обязательно разрядите его. В противном случае микроконтроллер тестера может быть поврежден.

5. посылка:

1>.1 шт. Транзистор тестер частотомер

2>. 4 шт. Медный столб

3>. 4 шт. Винты

Во-первых, мы должны сказать, что ICStation не принимает никаких форм оплаты при доставке. Раньше товары отправлялись после получения информации о заказе и оплаты.

1) Платеж через Paypal

PayPal - это безопасная и надежная служба обработки платежей, позволяющая делать покупки в Интернете.PayPal можно использовать на icstation.com для покупки товаров с помощью кредитной карты (Visa, MasterCard, Discover и American Express), дебетовой карты или электронного чека (т. Е. С использованием вашего обычного банковского счета).



Мы проверены PayPal

2) Вест Юнион


Мы знаем, что у некоторых из вас нет учетной записи Paypal.

Но, пожалуйста, расслабься. Вы можете использовать способ оплаты West Union.

Для получения информации о получателе свяжитесь с нами по адресу [email protected]

3) Банковский перевод / банковский перевод / T / T

Банковский перевод / банковский перевод / способы оплаты T / T принимаются для заказов, общая стоимость которых составляет до долларов США, 500 долларов США . Банк взимает около 60 долларов США за комиссию за перевод, если мы производим оплату указанными способами.

Чтобы узнать о других способах оплаты, свяжитесь с нами по адресу orders @ icstation.(с бесплатным номером отслеживания и платой за страховку доставки)

(2) Время доставки
Время доставки составляет 7-20 рабочих дней в большинство стран; Пожалуйста, просмотрите приведенную ниже таблицу, чтобы точно узнать время доставки к вам.

7-15 рабочих дней в: большинство стран Азии
10-16 рабочих дней в: США, Канаду, Австралию, Великобританию, большинство стран Европы
13-20 рабочих дней в: Германию, Россию
18-25 рабочих дней Кому: Франция, Италия, Испания, Южная Африка
20-45 рабочих дней Куда: Бразилия, большинство стран Южной Америки

2.EMS / DHL / UPS Express

(1) Стоимость доставки: Бесплатно для заказа, который соответствует следующим требованиям
Общая стоимость заказа> = 200 долларов США или Общий вес заказа> = 2,2 кг

Когда заказ соответствует одному из вышеуказанных требований, он будет отправлен БЕСПЛАТНО через EMS / DHL / UPS Express в указанную ниже страну.
Азия: Япония, Южная Корея, Монголия. Малайзия, Сингапур, Таиланд, Вьетнам, Камбоджа, Индонезия, Филиппины
Океания: Австралия, Новая Зеландия, Папуа-Новая Гвинея
Европа и Америка: Бельгия, Великобритания, Дания, Финляндия, Греция, Ирландия, Италия, Люксембург, Мальта, Норвегия, Португалия, Швейцария, Германия, Швеция, Франция, Испания, США, Австрия, Канада
Примечание. Стоимость доставки в другие страны, пожалуйста, свяжитесь с orders @ ICStation.com

(2) Время доставки
Время доставки составляет 3-5 рабочих дней (около 1 недели) в большинство стран.

Поскольку посылка будет возвращена отправителю, если она не была подписана получателем в течение 2-3 дней (DHL), 1 недели (EMS) или 2 недель (заказное письмо), обратите внимание на время прибытия. пакета.

Примечание:

1) Адреса АПО и абонентского ящика

Мы настоятельно рекомендуем вам указать физический адрес для доставки заказа.

Потому что DHL и FedEx не могут доставлять товары по адресам APO или PO BOX.

2) Контактный телефон

Контактный телефон получателя требуется агентству экспресс-доставки для доставки посылки. Пожалуйста, предоставьте нам свой последний номер телефона.


3. Примечание
1) Время доставки смешанных заказов с товарами с разным статусом доставки следует рассчитывать с использованием самого длинного из перечисленных ориентировочных сроков.
2) Напоминание о китайских праздниках: во время ежегодных китайских праздников могут быть затронуты услуги определенных поставщиков и перевозчиков, а доставка заказов, размещенных примерно в следующее время, может быть отложена на 3–7 дней: китайский Новый год; Национальный день Китая и т. Д.
3) Как только ваш заказ будет отправлен, вы получите уведомление по электронной почте от icstation.com.
4) Отследите заказ с номером отслеживания по ссылкам ниже:

Tic Tac Tone Generator ... и прочее ... : 4 Steps

Это другой тип осциллятора, и мы кратко рассмотрим, как он работает в целом, а затем применим эти основы к нескольким различным сценариям. На данный момент эта схема выглядит немного «голой», но ее можно настроить для выполнения нескольких различных задач. По сути, это генератор, в котором используются два транзистора противоположной полярности. BC 557 Q2 - это PNP-транзистор, и для его включения необходим отрицательный потенциал на его базовом выводе. КАКИЕ? Я думал, что все наоборот? Что ж - да - это ЕСТЬ - для BC547, который представляет собой транзистор NPN - тот, который вы использовали в проекте №2 транзисторного усилителя.

Итак, теперь вам нужно иметь дело с «зеркальным отображением» двух транзисторов, задействованных в этой конкретной схеме - вроде ... Кстати, в NPN-транзисторе ток течет в противоположном направлении, чем это происходит. в PNP, и поэтому Q2 кажется «перевернутым», а Q1 - «правой стороной вверх» - верно? Смущенный? Не волнуйтесь - мы разберемся с этим по ходу дела.

Еще на заре развития электроники ученые и изобретатели считали, что ток начинается с положительной (+ ve) клеммы батареи или источника питания и проходит вниз по цепи до клеммы -ve.Вот почему все «иглы» на диодных и транзисторных устройствах указывают на отрицательную полярность источника питания в данной цепи. Эмпирическое правило все еще остается в силе - «игла указывает отрицательно», что по-прежнему является хорошим способом запомнить, как правильно подключить активное «полупроводниковое» устройство в цепь, однако ток (поток электронов) на самом деле течет в другом направлении ( -ve к + ve) через элементы схемы.

Хорошо - просто подвести итог - при «запуске» при первом включении питания Q2 будет «выключен» (непроводящий), а Q1 включится, когда его «базовый» вывод будет достаточно смещен «на» на + 0.5 вольт, путем зарядки C1 через R1 и выходное устройство (динамик, светодиод или низкоомный резистор на землю / шину). Когда Q1 включается, его коллекторный вывод будет `` опущен '' близко к земле / - ve rail (виртуальное короткое замыкание), и это обеспечит смещение -ve, которое требуется транзистору Q2 (BC557) на его базовом выводе для включения. Когда Q2 включается, конденсатор C1 разряжается через выходное устройство, которое активируется, и в то же время выключает Q1 (BC547), а затем цикл начинается снова.

Полный набор деталей
Я даю вам каталожные номера Jaycar для всего списка деталей во всех вариациях схемы генератора, и это позволит вам создать все три версии и поработать с различными значениями компонентов на список.Возможно, вам придется вложить деньги в набор пластиковых ящиков и несколько липких этикеток, чтобы вы могли хранить все свои детали и знать, где они находятся. Набор из 12 ящиков будет минимальным - не волнуйтесь, они не останутся пустыми надолго, если вы серьезно относитесь к электронике для хобби !!! Одно слово предупреждения - неправильное подключение транзисторов и диодов до 9-вольтной батареи может их «испортить», даже если они кажутся подключенными правильно. Схема нуждается в устройстве (называемом нагрузкой) для выработки выходного напряжения на ней. Невозможность обеспечить достаточно большую нагрузку может привести к повреждению некоторых компонентов.Если ваши диоды или транзисторы нагреваются (быстро коснитесь каждого из них пальцами), немедленно выключите схему и проверьте всю проводку, включая полярность батареи (красный и черный провода от батареи подключены к правым частям платы матрицы. ..)

Список деталей

R1 - резистор 220 кОм - RR 0628

R2 - 39R (Ом) - RR 0538

VR1 - 500 кОм (линейный потенциометр) - RP 3622

C1a - 100 нФ Greencap - RG 5125

C1b - 10 мкФ электролитический - RE 6066

Q1 - BC 547 - ZT 2152

Q2 - BC 557 - ZT 2164

Светодиод 1 - Красный светодиод - ZD 0150 (5 мм)

LDR - Светозависимый резистор - RD 3485 (это очень чувствительное устройство - стоит своих денег!)

1 батарейный отсек AAA с подвесными выводами - 1 x 9 В «защелка батареи» - 1 x мини-динамик на 8 Ом - AS 3004 - майларовый диффузор

1 x керамический наушник / преобразователь PKM44EW от Murata (или для закуски.)

Заключительные примечания : не стесняйтесь пробовать светодиоды разного цвета, а также покупать несколько меньших и больших колпачков - например, электролитические 47 мкФ, 22 мкФ и 4,7 мкФ, а также некоторые фиксированные резисторы - например, 47 кОм (но не меньше) 150k, 270k - приведенный выше список запчастей является минимальным.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *