Генератор хартли на полевом транзисторе расчет. Генератор Хартли на полевом транзисторе: расчет и схемотехника — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как рассчитать и собрать генератор Хартли на полевом транзисторе. Какие особенности имеет схема с общим стоком. Как подобрать номиналы компонентов для заданной частоты генерации. Какие преимущества дает использование полевого транзистора в генераторе Хартли.

Содержание

Принцип работы генератора Хартли на полевом транзисторе

Генератор Хартли представляет собой LC-генератор с индуктивной обратной связью. Его основными компонентами являются:

Колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности L и конденсатора C
Активный элемент — в данном случае полевой транзистор
Цепь положительной обратной связи, образованная отводом от катушки индуктивности

Принцип работы генератора Хартли на полевом транзисторе заключается в следующем:

В колебательном контуре возникают собственные колебания на резонансной частоте.
Эти колебания усиливаются полевым транзистором.
Через цепь обратной связи усиленный сигнал поступает обратно в контур, поддерживая в нем незатухающие колебания.

За счет положительной обратной связи в генераторе выполняются условия баланса амплитуд и баланса фаз, необходимые для возникновения автоколебаний.

Особенности схемы генератора Хартли с общим стоком

Наиболее распространенной является схема генератора Хартли на полевом транзисторе с общим стоком. Она обладает следующими особенностями:

Высокое входное сопротивление, не шунтирующее колебательный контур
Отсутствие фазового сдвига между входным и выходным сигналом
Простота согласования входного сопротивления транзистора с сопротивлением контура
Хорошая стабильность частоты генерации

В такой схеме сток транзистора подключен к общему проводу по высокой частоте через разделительный конденсатор. Колебательный контур включен между затвором и истоком. Напряжение обратной связи снимается с части катушки индуктивности.

Расчет номиналов компонентов генератора Хартли

Основные формулы для расчета генератора Хартли на полевом транзисторе:

Резонансная частота колебательного контура:
f = 1 / (2π√(LC))
Индуктивность катушки обратной связи:
L_oc = (0.2-0.3)L
Емкость разделительного конденсатора:
C_p ≥ 10 / (2πfR_н)
Сопротивление в цепи истока:
R_и = (0.1-0.3)R_н

где:

f — частота генерации
L — индуктивность контурной катушки
C — емкость контурного конденсатора
R_н — сопротивление нагрузки

Преимущества использования полевого транзистора

Применение полевого транзистора в генераторе Хартли дает ряд преимуществ:

Высокое входное сопротивление, не шунтирующее контур

Низкий уровень шумов
Хорошая температурная стабильность
Возможность работы при низких напряжениях питания
Простота схемы смещения

Это позволяет создавать генераторы с высокой стабильностью частоты и малыми искажениями выходного сигнала.

Практические рекомендации по сборке генератора

При сборке генератора Хартли на полевом транзисторе важно учитывать следующие моменты:

Использовать качественные компоненты с малыми допусками
Обеспечить хорошую развязку по цепям питания
Применять экранирование для уменьшения внешних наводок
Тщательно выполнить монтаж, особенно в ВЧ части схемы
Предусмотреть возможность подстройки частоты

Правильно собранный генератор Хартли на полевом транзисторе способен обеспечить стабильную генерацию в широком диапазоне частот при хороших энергетических показателях.

Области применения генератора Хартли

Генераторы Хартли на полевых транзисторах находят применение в различных областях радиоэлектроники:

Гетеродины радиоприемников и передатчиков
Задающие генераторы синтезаторов частот
Генераторы качающейся частоты
Генераторы тестовых сигналов
ВЧ-генераторы в измерительной технике

Простота схемы в сочетании с хорошими характеристиками делает генератор Хартли на полевом транзисторе популярным решением для многих радиолюбительских конструкций.

Настройка и проверка работы генератора

После сборки генератора Хартли необходимо выполнить его настройку и проверку:

Проверить правильность монтажа и номиналы компонентов
Подать напряжение питания через ограничительный резистор
Измерить токи и напряжения в контрольных точках схемы
С помощью осциллографа проверить форму выходного сигнала
Измерить частоту генерации частотомером
При необходимости подстроить частоту, изменяя емкость контура

Правильно настроенный генератор должен обеспечивать стабильную синусоидальную генерацию на расчетной частоте.

Типичные неисправности и их устранение

При отладке генератора Хартли могут возникнуть следующие проблемы:

Отсутствие генерации — проверить напряжение питания и токи транзистора
Нестабильность частоты — улучшить экранирование, проверить качество компонентов
Искажения формы сигнала — уменьшить коэффициент обратной связи
Паразитная генерация — проверить развязку по питанию, оптимизировать монтаж

Последовательное устранение этих проблем позволит добиться стабильной работы генератора Хартли на полевом транзисторе.

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

LC-генераторы на полевых транзисторах

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Генератор Хартли — это… Что такое Генератор Хартли?

Оригинальный рисунок из патента. Эквивалентная схема генератора Хартли на биполярном транзисторе

Схема генератора Хартли на полевом транзисторе

Схема генератора Хартли на операционном усилителе (знаки входов ОУ нужно поменять местами) Фазовая диаграмма генератора Хартли на ОУ

Генератор Хартли (индуктивная трёхточка) является электронным LC-генератором в котором положительная обратная связь берётся через отвод от части катушки индуктивности параллельного LC-контура.

Был предложен Ральфом Хартли, который подал заявку на патент 1 Июня 1915 г. и получил патент номер 1,356,763 26 октября 1920 г.

В зависимости от схемы усилительного каскада возможны три разновидности генератора Хартли: на каскаде с общим эмиттером (катодом, стоком), на каскаде с общим коллектором (анодом, истоком) и на каскаде с общей базой (сеткой, затвором).

Каскад с общим истоком в схеме генератора Хартли на полевом транзисторе фазу не сдвигает. В цепи затвора колебательный контур включен без перекоса фазы, а в цепи стока используется частичное включение контура, которое при отводе от середины катушки имеет перекос фазы 45°, петлевой сдвиг фазы при этом составляет 45° (запас устойчивости по фазе -135°÷+45°), но при таком включении контур сильно шунтируется, поэтому коэффициент включения контура в стоковой цепи уменьшают (на рисунке до 1/4 от всей катушки), при этом перекос фазы и петлевой сдвиг фазы увеличиваются (в пределе до 90°) при этом положительный запас устойчивости по фазе уменьшается (в пределе до 0°), генерация срывается, поэтому приходится искать некое компромиссное включение. Включение контура к стоковой цепи через катушку связи позволяет регулировать коэффициент включения контура без изменения перекоса по фазе и петлевого сдвига фазы, но это уже будет генератор Мейснера со сдвигом фазы в трансформаторе около 360° (встречное включение обмоток), при согласном включении обмоток трансформатора сдвиг фазы составляет около 180°, при котором генератор становится дискриминатором (подавителем, режекторным активным фильтром).

См. также

Ссылки

Индуктивная трехточка на полевом транзисторе

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора,

R2 – задает смещение базы,

C1, L1 – колебательный контур,

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Этот диод ускоряет перезаряд C2, что приводит к увеличению мощности генерируемого сигнала. Однако, вместе с тем, это вносит в сигнал нелинейные искажения, так что на выходе придется ставить фильтры НЧ для подавления паразитных гармоник.

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Механизм генерации:

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовай ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Что мы здесь видим?

Видим колебательный контур L1 C1,
А дальше видим каждой твари по паре:
Два транзистора: VT1, VT2
Два конденсатора обратной связи: С2, С3
Два резистора смещения: R1, R2

Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть!

Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂

При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость.

Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал…

Теперь немного креатива.

Генератор на логических элементах

Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ, остальное – излишества, только лишь ухудшающие скоростные параметры генератора.

Видим страшную схему.

Квадратики с дырочкой в правом боку – это инвертеры. Ну или – «элементы НЕ». Дырочка как раз указывает на то, что сигнал инвертируется.

Что такое элемент НЕ с точки зрения банальной эрудиции? Ну, то есть, с точки зрения аналоговой техники? Правильно, это усилитель с обратным выходом. То есть, при увеличении напряжения на входе усилителя, напряжение на выходе пропорционально уменьшается . Схему инвертера можно изобразить примерно так (упрощенно):

Это конечно, слишком просто. Но доля правды в этом есть.
Впрочем, нам пока что это не столь важно.

Итак, смотрим схему генератора. Имеем:

Два инвертера ( DD1.1, DD1.2)

Колебательный контур L1 C1

Заметьте, что колебательный контур в этой схеме – последовательный. То есть, конденсатор и катушка стоят друг за другом. Но это – все равно колебательный контур, он рассчитывается по тем же формулам, и ничуть ни хуже (и не лучше) своего параллельного собрата.

Начнем сначала. Зачем нам нужен резистор?

Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) между выходом и входом элемента DD1.1. Это надо для того, чтобы держать под контролем коэффициент усиления – это раз, а также – чтоб создать на входе элемента начальное смещение – это два. Как это работает, подробно мы рассмотрим где-нибудь в обучалке по аналоговой технике. Пока что уясним, что благодаря этому резистору, на выходе и входе элемента, в отсутствие входного сигнала, устаканивается напряжение, равное половине напряжения питания. Точнее – среднему арифметическому напряжений логических «нуля» и «единицы». Не будем пока на этом заморачиваться, у нас еще много дел…

Итак, на одном элементе мы получили инвертирующий усилитель. То есть, усилитель, который «переворачивает» сигнал вверх ногами: если на входе много – на выходе мало, и наоборот. Второй элемент служит для того, чтобы сделать этот усилитель неинвертирующим. То есть, он переворачивает сигнал еще раз. И в таком виде, усиленный сигнал подается на выход, на колебательный контур.

А ну-ка, смотрим внимательно на колебательный контур? Как он включен? Правильно! Он включен между выходом и входом усилителя. То есть, он создает положительную обратную связь (ПОС). Как мы уже знаем из рассмотрения предыдущих генераторов, ПОС нужна для генератора, как валерьянка для кота. Без ПОС ни один генератор не сможет что? Правильно – возбудиться. И начать генерацию…

Все наверно знают такую вещь: если к входу усилителя подключить микрофон, к выходу – динамик, то при поднесении микрофона к динамику, начинается противный «свист». Это – ни что иное как генерация. Мы же подаем сигнал с выхода усилителя на вход. Возникает ПОС. Как следствие, усилитель начинает генерить.

Ну, короче, посредством LC -цепочки в нашем генераторе создается ПОС, приводящая к возбуждению генератора на резонансной частоте колебательного контура.

Ну что, сложно?
Если (сложно)
чешем (репу) ;
читаем еще раз;
>

Теперь поговорим о разновидностях подобных генераторов.

Во-первых, вместо колебательного контура, можно включить кварц. Получится стабилизированный генератор, работающий на частоте кварца:

Если в цепь ОС элемента DD1.1 включить вместо резистора колебательный контур – можно завести генератор на гармониках кварца. Для получения какой-либо гармоники, нужно, чтобы резонансная частота контура была близка к частоте этой гармоники:

Если генератор делается из элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то входы этих элементов нужно запараллелить, и включать как обычный инвертор. Если используем Исключающее ИЛИ, то один из входов каждого элемента сажается на + питания.

Пара слов о микросхемах.
Предпочтительнее использовать логику ТТЛШ или быстродействующий КМОП.

Серии ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Например, микросхема К1533ЛН1 – 6 инверторов.
Серии КМОП: КР1554, КР1564 (74 AC , 74 HC ), например – КР1554ЛН1
На крайний случай – старая добрая серия К155 (ТТЛ). Но ее частотные параметры оставляют желать лучшего, так что – я бы не стал использовать эту логику.

Рассмотренные здесь генераторы – далеко не все, что могут повстречаться вам в этой нелегкой жизни. Но зная основные принципы работы этих генераторов, будет уже намного проще понять работу других, укротить их и заставить работать на себя 🙂

Дальше мы немного поговорим об усилителях и займемся модуляторами.

Был предложен Ральфом Хартли, который подал заявку на патент 1 июня 1915 г. и получил патент номер 1 356 763 26 октября 1920 г.

Каскад с общим истоком в схеме генератора Хартли на полевом транзисторе фазу не сдвигает. В цепи затвора колебательный контур включен без перекоса фазы, а в цепи стока используется частичное включение контура, которое при отводе от середины катушки имеет перекос фазы 45°, петлевой сдвиг фазы при этом составляет 45° (запас устойчивости по фазе −135°÷+45°), но при таком включении контур сильно шунтируется, поэтому коэффициент включения контура в стоковой цепи уменьшают (на рисунке до 1/4 от всей катушки), при этом перекос фазы и петлевой сдвиг фазы увеличиваются (в пределе до 90°) при этом положительный запас устойчивости по фазе уменьшается (в пределе до 0°), генерация срывается, поэтому приходится искать некое компромиссное включение. Включение контура к стоковой цепи через катушку связи позволяет регулировать коэффициент включения контура без изменения перекоса по фазе и петлевого сдвига фазы, но это уже будет генератор Мейснера со сдвигом фазы в трансформаторе около 360° (встречное включение обмоток), при согласном включении обмоток трансформатора сдвиг фазы составляет около 180°, при котором генератор становится дискриминатором (подавителем, режекторным активным фильтром).

«>

Индивидуальное отопление в квартире отказ от центрального

Индукционная печь своими руками из сварочного инвертора

Adblock detector

Паяем генератор Клаппа с частотой 11 МГц

Если вы давно почитываете этот блог, то уже знакомы по крайней мере с двумя генераторами — мультивибратором и таймером 555. Однако такие генераторы не подходят, если вам нужно получить высокочастотный сигнал. LC-генераторы, с другой стороны, способны выдавать ВЧ-сигналы в десятки мегагерц. Звучит, как что-то полезное. Давайте же попробуем спаять такой генератор.

Генератор Клаппа: теория

Как мы убедились, благодаря первому эксперименту из поста Первые эксперименты с осциллографом Rigol DS1054Z, LC-контур умеет создавать колебания. Проблема в том, что колебания эти затухают за счет паразитного сопротивления в цепи, от которого никуда не деться. Но что, если время от времени «подталкивать» контур, не давая колебаниям затухнуть? На этом принципе и работают все LC-генераторы.

Существует несколько схем LC-генераторов — это генератор Хартли, генератор Колпитца, генератор Клаппа, и другие. В рамках этого поста мы сосредоточим свое внимание на генераторе Клаппа.

Схем генератора Клаппа также существует несколько вариантов. Я использовал следующую:

LC-контур находится в правой части схемы, см L2 и C5. Главным образом, эти два компонента и задают частоту генератора. Находящиеся рядом конденсаторы C2 и C3 определяют feedback ratio. Обычно C2 и C3 берут намного больше C5, чтобы они не сильно влияли на частоту. Левая часть схемы является усилительным каскадом с общей базой. L1 представляет собой RFC. Она нужна для того, чтобы усилительный каскад получал стабильный постоянный ток. Чем больше индуктивность L1, тем лучше. С колебательного контура сигнал идет на усилительный каскад. Оттуда усиленный сигнал возвращается на колебательный контур с фазовым сдвигом 360° и «подталкивает» его. В конечном счете образуются стабильные периодические колебания. При указанных на схеме номиналах частота сигнала на выходе составит 2.3 МГц.

В общем случае частота определяется по формуле:

import math
C2 = 1/1000/1000/1000 # 1 nF
C3 = 10/1000/1000/1000 # 10 nF
C5 = 1/1000/1000/1000 # 1 nF
L2 = 10/1000/1000 # 10 uH
1 / (2*math.pi*math.sqrt(L2*(1/(1/C2+1/C3+1/C5))))
2306374.2413629955

Значения R1 и R2 подбирались в симуляторе CircuitJS таким образом, чтобы при сопротивлении R5 в 500 Ом через него шел ток около 1 мА. R5 изображен в виде потенциометра, потому что для правильной работы генератора его приходится подстраивать. У меня схема заработала, если выставить R5 в 270 Ом.

Вы можете изучить работу приведенной схемы в CircuitJS, перейдя по следующей ссылке. Также в исходниках к статье вы найдете схему для этого симулятора, сохраненную в текстовом виде. Обратите внимание, что при симуляции в CircuitJS время шага симуляции должно быть выставлено намного меньше периода генератора. Сделать это можно в меню Options → Other Options… → Time step size. Для частоты 2.3 МГц неплохо работает значение «10n».

Следует отметить, что есть и альтернативное объяснение работы LC-генераторов. LC-контур можно рассматривать, как полосно-пропускающий фильтр, который подавляет все частоты, кроме своей резонансной частоты. В цепи всегда присутствует какой-то шум. Этот шум усиливается каскадом с общей базой. Затем LC-контур отфильтровывает из шума все ненужные частоты и возвращает усилителю. Цикл повторяется снова и снова, пока не останется только резонансная частота.

Добавляем эмиттерный повторитель

Проблема описанного генератора заключается в том, что он не может выдавать большой ток. Если к приведенной схеме вы добавите нагрузку в 50 Ом, ваш сигнал превратится в тыкву.

Для решения этой проблемы я использовал эмиттерный повторитель (emitter follower, он же common-collector amplifier):

Приведенная схема не увеличивает амплитуду сигнала, но усиливает его по току. На входе у нее должен быть конденсатор, но здесь он будет лишним, поскольку у нас уже есть C6 на выходе генератора. Схема неплохо работает для входного сигнала с амплитудой где-то до 3.3 В. Однако как экспериментально, так и благодаря CircuitJS, мы видим, что генератор выдает сигнал амплитудой в 10 В. К счастью, нам ничего не нужно делать для решения этой проблемы. Дело в том, что генератор видит эмиттерный повторитель, как нагрузку, а поскольку генератор не может выдавать большой ток, амплитуда сигнала сама падает где-то до 3 В.

Номиналы R3, R4 и резистора на эмиттере были рассчитаны, как описано в 4-ой главе «Practical Electronics for Inventors, 4th Edition»:

import math
Vcc = 5 # напряжение питания
Iq = 0.1 # требуемый ток
hFE = 300 # hFE транзистора
Rload = 50 # сопротивление нагрузки
Re = (Vcc/2)/Iq # резистор на эмиттере
R3 = R4 = (hFE*Re/10)*2

F_3db = 1000
Rinac = hFE*((Re*Rload)/(Re+Rload))
Rin = 1/(1/R3 + 1/R4 + 1/Rinac)
Cin = 1/(2*math.pi*F_3db*Rin)
Cout = 1/(2*math.pi*F_3db*Rload)
Cin * 1000 * 1000 * 1000
Cout * 1000 * 1000 * 1000

Fun fact! Согласно даташуту [PDF], hFE транзистора 2N2222 может находится где угодно от 35 до 300 и, помимо прочего, зависит от напряжения и протекающего через транзистор тока. При проектировании схемы, использующей транзисторы, следует позаботиться о том, чтобы она правильно работала при любых возможных значениях hFE.

Re у меня получился всего 25 Ом. Я решил разбить его на два последовательно соединенных резистора по 12 Ом, поскольку один резистор заметно грелся.

Емкость конденсаторов на входе и выходе повторителя (Cin, Cout) меня не сильно интересовали. Вообще-то, они образуют RC-фильтры высоких частот (Cin — с Rin, Cout — с Rload), и потому могут быть вредны для нашего сигнала. Но если просто взять Cin и Cout, скажем, по 100 нФ, то фильтры будут резать какие-то килогерцы, мы же выдаем мегагерцы. Брать же Cin и Cout поменьше, для фильтрации нежелательных мегагерцовых сигналов, имеет мало смысла, так как у нас уже есть крутейший полосно-пропускающий фильтр в самом генераторе.

Генератор Клаппа: практика

Генератор на 2.3 МГц нетрудно собрать на макетке. Но мне хотелось получить генератор более высокой частоты, и тут макетка уже не особо работает. Было решено развести плату в KiCad, перенести ее на фольгированный текстолит при помощи фоторезиста и вытравить перекисью водорода с лимонной кислотой.

Вот, что у меня получилось в итоге:

С учетом имевшихся у меня под рукой компонентов, того факта, что амплитуда генерируемого сигнала постепенно падает с увеличением частоты, а также серии экспериментов, были выбраны C2 = 1 нФ, C3 = 1 нФ, C5 = 100 пФ, L2 = 2.2 мкФ. Потенциометр R5 был поставлен в 14 Ом. Полученный генератор выдает сигнал с частотой около 11 МГц:

Расчетная частота при этом заметно выше, 11.75 МГц. Впрочем, такая несостыковка вполне укладывается в 10-и процентную погрешность компонентов. Для корректировки частоты на месте C5 можно было бы использовать переменный конденсатор.

Что же до спектра сигнала, то он выглядит так:

При получении обоих скриншотов использовалась нагрузка в 50 Ом.

Заключение

Следует учитывать, что подобные схемы чувствительны к наводкам, качеству источника питания, паразитным емкостям, и так далее. Для решения этих проблем рекомендуется делать ножки компонентов как можно короче (еще лучше — делать все на SMD компонентах) и использовать линейный блок питания.

Обратите внимание, что амплитуда сигнала постепенно падает с увеличением частоты — 2.7 В при частоте 2.3 МГц и 0.6 В при частоте 11 МГц. Похоже, чтобы получить генератор на большую частоту, придется переделать схему на питание от 10-15 В и/или каскад с общим эмиттером (common-emitter amplifier). Последний способен увеличивать не только ток, но и напряжение.

Наконец, отмечу, что представленный LC-генератор не отличаются особой стабильностью. Проверяется очень просто. Берем паяльный фен, ставим на минимальную температуру (у меня это 100°C) и буквально пару секунд дуем на генератор. Видим, как частота моментально уплывает на 300 кГц. Для изготовления стабильного генератора он должен быть основан на кварцевом резонаторе, а также использовать NP0 конденсаторы и, желательно, компоненты с погрешностью 1%. Однако это уже тема для другой статьи.

Все исходники к посту вы найдете в этом репозитории на GitHub. Вас может заинтересовать файл frequencies.txt, содержащий полученные экспериментально номиналы, необходимые для генерации сигналов разных частот. Также в репозитории вы найдете проект для Qucs с симуляцией генератора Клаппа. При работе с высокими частотами Qucs более удобен, чем CircuitJS.

А доводилось ли вам паять LC-генераторы, и если да, то какие?

Дополнение: Вас также могут заинтересовать статьи Генератор Клаппа на основе кварцевого резонатора, Кварцевый генератор на логическом инверторе 74HC04 и Генератор переменной частоты Super VXO.

Метки: Электроника.

Генератор по схеме Хартли | Техника и Программы

April 22, 2010 by admin Комментировать »

[Этот тип генератора называют также автогенератором с индуктивной трехточкой или с автотрансформаторной обратной связью. — Прим. ред.]

На рис. 4.3 показана схема другого типа генератора с регулируемой частотой. Отличительной особенностью этого генератора является то, что в нем сигналом обратной связи является напряжение, возбуждаемое на части L₁ индуктивной катушки; вся катушка L₁L₂ вместе с конденсатором переменной емкости C₁ образует колебательный контур генератора. Для подачи сигнала обратной связи в цепь базы используются разделительный конденсатор С₂ и отвод от индуктивной катушки. Данная схема выполнена на n — р — n-транзисторе, но можно применить и транзистор другого типа, в частности полевой транзистор. Как и для генератора Армстронга, резонансная частота колебательного контура, практически равная частоте генерации, определяется равенством (4.11), в котором следует полагать, что С = С₁, a L — суммарная индуктивность катушки.

Отвод от катушки индуктивности делит ее на две части: ба-зово-эмиттерную (L₁) и коллекторно-эмиттерную L₂. Конденсаторы С₂ и С₃ не пропускают постоянных составляющих тока и напряжения в колебательный контур.

Коллекторно-эмиттерная катушка индуктивности L₂ является выходной индуктивной катушкой каскада. Показанная на рис. 4.3 связь между катушками L₂ и L₁ и между катушкой L₁и входной цепью транзистора автоматически обеспечивает нужные фазовые соотношения между входной и выходной цепями генератора для возбуждения и поддержания генерируемых колебаний. Выходное напряжение снимается с катушки L₃, индуктивно связанной с L₂. Высокочастотный дроссель не пропускает токи высокой частоты в цепь источника питания. При работе на высоких частотах на частоту генерации влияют также паразитные индуктивные и емкостные параметры схемы, такие, как собственные емкости транзистора, индуктивность подводящих проводов и емкость монтажа. Чем выше частота генерации, тем более существенным становится воздействие указанных параметров.

Рис. 4.3. Генератор по схеме Хартли.

Простой широкополосный генератор сигналов вч. Высокочастотный генератор: обзор, особенности,виды и характеристики

В предлагаемой книге рассматриваются особенности схемотехнических решений, применяемых при создании миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств. В соответствующих главах приводится информация о принципах действия и особенностях функционирования отдельных узлов и каскадов, принципиальные схемы, а также другие сведения, необходимые при самостоятельном конструировании простых радиопередатчиков и радиомикрофонов. Отдельная глава посвящена рассмотрению практических конструкций транзисторных микропередатчиков для систем связи малого радиуса действия.

Книга предназначена для начинающих радиолюбителей, интересующихся особенностями схемотехнических решений узлов и каскадов миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.

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

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

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

Генератор ВЧ

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

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

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

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

Схема прибора

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Принцип работы и конструкция полупроводникового генератора ВЧ

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

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

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

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

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

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

Ламповый генератор ВЧ

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

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

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

Генератор состоит из цепей:

Цепь накала с питанием низкого напряжения.
Цепь возбуждения и питания сетки управления.
Цепь питания сетки экрана.
Анодная цепь.

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

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

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

РадиоМир 2008 №9

Предлагаемый ВЧ-генератор является попыткой заменить громоздкий промышленный Г4-18А более малогабаритным и надёжным прибором.

Обычно при ремонте и налаживании КВ-аппаратуры необходимо «уложить» КВ-диапазоны с помощью LC-контуров, проверить прохождение сигнала по ВЧ- и ПЧ-тракту, настроить отдельные контура в резонанс и т.д. Чувствительность, избирательность, динамический диапазон и другие важные параметры КВ-устройств определяются схемотехническими решениями, так что для домашней лаборатории не обязательно иметь многофункциональный и дорогой ВЧ-генератор. Если генератор имеет достаточно стабильную частоту с «чистой синусоидой», значит, он подходит радиолюбителю. Конечно, считаем, что в арсенал лаборатории также входят частотомер, ВЧ-вольтметр и тестер. К сожалению, большинство испробованных мной схем ВЧ-генераторов КВ-диапазона выдавало очень искажённую синусоиду, улучшить которую без неоправданного усложнения схемы не удавалось. ВЧ-генератор, собранный по приведённой на рис.1 схеме, зарекомендовал себя очень хорошо (получалась практически чистая синусоида во всём КВ-диапазоне). За основу взята схема из . В моей схеме вместо настройки контуров варикапом применён КПЕ, а индикаторная часть схемы не используется.

В данной конструкции использован конденсатор переменной ёмкости типа КПВ-150 и малогабаритный переключатель диапазонов ПМ (11П1Н). С данным КПЕ (10…150 пФ) и катушками индуктивности L2…L5 перекрывается участок КВ-диапазона 1,7…30 МГц. По ходу работы над конструкцией были добавлены ещё три контура (L1, L6 и L7) на верхний и нижний участки диапазона. В экспериментах с КПЕ ёмкостью до 250 пФ весь КВ-диапазон перекрывался тремя контурами.

ВЧ-генератор собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм и размерами 50×80 мм (рис.2). Дорожки и монтажные «пятачки» вырезаны ножом и резаком. Фольга вокруг деталей не удаляется, а используется вместо «земли». На рисунке печатной платы для наглядности эти участки фольги условно не показаны. Конечно, можно изготовить и печатную плату, приведённую в .

Вся конструкция генератора вместе с блоком питания (отдельная плата со стабилизатором напряжения на 9 В по любой схеме) размещена на дюралевом шасси и помещена в металлический корпус подходящих размеров. Я использовал кассету от старой аппаратуры с размерами 130x150x90 мм. На переднюю панель выводятся ручка переключателя диапазонов, ручка настройки КПЕ, малогабаритный ВЧ-разъём (50-Омный) и светодиодный индикатор включения в сеть. При необходимости можно установить регулятор выходного уровня (переменный резистор сопротивлением 430…510 Ом) и аттенюатор с дополнительным разъёмом, а также проградуированную шкалу.

В качестве каркасов катушек контуров использованы унифицированные секционные каркасы СВ и ДВ диапазонов от устаревших радиоприёмников. Количество витков каждой катушки зависит от ёмкости используемого КПЕ и первоначально берется «с запасом». При налаживании («укладке» диапазонов) генератора часть витков отматывается. Контроль ведётся по частотомеру.

Катушка индуктивности L7 имеет ферритовый сердечник М600-3 (НН) Ш2,8х14. Экраны на катушки контуров не устанавливаются. Намоточные данные катушек, границы поддиапазонов и выходные уровни ВЧ-генератора приведены в таблице.

Диапазон, МГц	Количество витков	Провод (диаметер, мм)	Каркас, сердечник	Выходной уровень, В
			Бескаркасная диаметром 6 мм. L=12 мм
			Керамический диаметром 6 мм, L=12 мм
			Унифицированный 3-секционный



			Унифицированный 4-секционный

В схеме генератора, кроме указанных транзисторов, можно применить полевые КП303Е(Г), КП307 и биполярные ВЧ-транзисторы BF324, 25С9015, ВС557 и т.д. Блокировочные ёмкости желательно использовать импортные малогабаритные.

Конденсатор связи С5 ёмкостью 4,7…6,8 пФ — типа КМ, КТ, КА с малыми потерями по ВЧ. В качестве КПЕ очень желательно использовать высококачественные (на шарикоподшипниках), однако они дефицитны. Более доступны регулировочные КПЕ типа КПВ с максимальной ёмкостью 80…150 пФ, но они легко ломаются и имеют заметный «гистерезис» при вращении вперёд и назад.

Тем не менее, при жёстком монтаже, качественных деталях и прогреве генератора в течение 10…15 минут можно добиться «ухода» частоты не более 500 Гц в час на частотах 20…30 МГц (при стабильной температуре в помещении).

Форма сигнала и выходной уровень изготовленного ВЧ генератора проверялись по осциллографу С1-64А.

На заключительном этапе наладки все катушки индуктивности (кроме L1, которая припаяна одним концом к корпусу) закрепляются клеем вблизи переключателя диапазонов и КПЕ.

Литература:
1. Коротковолновый ГИР — Радио, 2006, №11, С.72.

А.ПЕРУЦКИЙ, г.Бендеры, Молдова.

Недавно мне принесли в ремонт генератор ГУК-1 . Что бы потом не думалось, сразу заменил все электролиты. О чудо! Все заработало. Генератор еще советских времен, а отношение у коммунистов к радиолюбителям было такое Х… , что вспоминать не охота.

Вот отсюда и генератор желал бы быть получше. Конечно самое главное неудобство, это установка частоты высокочастотного генератора. Хоть бы, какой ни будь простенький верньер поставили, поэтому пришлось добавить дополнительный подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком (Фото1). По правде сказать я очень не удачно выбрал для его место, надо было бы чуть-чуть сместить. Я думаю вы это учтете.

Что бы поставить ручку, пришлось удлинить ось триммера, кусок медной проволоки диаметром 3мм. Конденсатор подключается параллельно основному КПЕ или непосредственно, или через «растягивающий» конденсатор, что еще больше увеличивает плавность настройки генератора ВЧ. Для кучи заменил и выходные разъемы – родные уже все раздрыгались. На этом ремонт закончился. От куда схема генератора я не узнал, но похоже, что все соответствует. Возможно она пригодится и вам.
Схема генератора универсального комбинированного – ГУК-1 приведена на рисунке 1. В состав прибора входят два генератора, низкочастотный генератор и генератор ВЧ.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. Диапазон частот ВЧ генератора от 150 кГц до 28 мГц перекрывается пятью поддиапазонами со следующими частотами:
1 поддиапазон 150 — 340 кГц
II 340 — 800 кГц
III 800 — 1800 кГц
IV 4,0 — 10,2 мГц
V 10,2 — 28,0 мГц

2. Погрешность установки ВЧ не более ±5%.
3. Генератор ВЧ обеспечивает плавную регулировку выходного напряжения от 0,05 мВ до 0,1 В.
4. Генератор обеспечивает следующие виды работ:
а) непрерывная генерация;
б) внутренняя амплитудная модуляция синусоидальным напряжением с частотой 1кГц.
5. Глубина модуляции не менее 30%.
6. Выходное сопротивление ВЧ генератора не более 200 Ом.
7. НЧ генератор генерирует 5 фиксированных частот: 100 Гц, 500 Гц, 1кГц, 5кГц, 15кГц.
8. Допустимое отклонение частоты НЧ генератора не более ±10%.
9. Выходное сопротивление НЧ генератора не более 600 Ом.
10. Выходное напряжение НЧ плавно регулируется от 0 до 0.5 В.
11. Время самопрогрева прибора — 10 минут.
12. Питание прибора осуществляется от батареи «Крона» напряжением 9 В.

ГЕНЕРАТОР НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

Генератор НЧ собран на транзисторах VT1 и VT3. Положительная обратная связь, необходимая для возникновения генерации снимается с резистора R10 и подается в цепь базы транзистора VT1 через конденсатор С1 и соответствующую фазосдвигающую цепочку, выбранную переключателем В1 (например С2,С3,С12.). Один их резисторов в цепочке – подстроечный (R13), с помощью которого можно подстраивать частоту генерации низкочастотного сигнала. Резистором R6 устанавливается начальное смещение на базе транзистора VT1. На транзисторе VT2 собрана схема стабилизации амплитуды генерируемых колебаний. Выходное напряжение синусоидальной формы через С1 и R1 подается на переменный резистор R8, который является регуляторов выходного сигнала НЧ генератора и регулятором глубины амплитудной модуляции ВЧ генератора.

ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

ВЧ генератор реализован на транзисторах VT5 и VT6. С выхода генератора через С26 сигнал подается на усилитель собранный на транзисторах VT7 и VT8. На транзисторах VT4 и VT9 собран модулятор ВЧ сигнала. Эти же транзисторы используются в схеме стабилизации амплитуды выходного сигнала. Не плохо бы для этого генератора изготовить аттенюатор, или Т, или П типа. Рассчитать такие аттенюаторы можно с помощью соответствующих калькуляторов для расчета и . Вот вроде и все. До свидания. К.В.Ю.

Скачать схему.

Рисунок печатной платы генератора ВЧ

Рисунок в формате LAY любезно предоставил Игорь Рожков, за что я ему выражаю благодарность за себя и за тех, кому этот рисунок пригодится.

В приведенном архиве размещен файл Игоря Рожкова к промышленному радиолюбительском генератору, имеющему пять диапазонов ВЧ — ГУК-1. Плата приведена в формате *.lay и содержит доработку схемы (шестой переключатель на диапазон 1,8 — 4 МГц), ранее опубликованную в журнале Радио 1982, № 5, с.55
Скачать рисунок печатной платы.

Доработка генератора ГУК-1

FM модуляция в генераторе ГУК-1.

Еще одна идея модернизации генератора ГУК-1 , я ее не пробовал, потому, как у меня собственного генератора нет, но по идее все должно работать. Эта доработка позволяет настраивать узлы, как приемной, так и передающей аппаратуры, работающей с применением частотной модуляции, например радиостанций СВ диапазона. И, что не маловажно, с помощью резистора Rп можно подстраивать несущую частоту. Напряжение, которое используется для смещения варикапов должно быть обязательно стабилизированным. Для этих целей можно использовать однокристальные трехвыводные стабилизаторы на напряжение 5В и небольшим падением напряжения на самом стабилизаторе. В крайнем случае можно собрать параметрический стабилизатор, состоящий из резистора и стабилитрона КС156А. Прикинем величину резистора в цепи стабилитрона. Ток стабилизации КС156А лежит в пределах от 3ма до 55ма. Выберем начальный ток стабилитрона 20ма. Значит при напряжении питания 9В и напряжении стабилизации стабилитрона 5.6В, на резисторе при токе в 20ма должно упасть 9 — 5,6 = 3,4В. R = U/I = 3,4/0,02 = 170 Ом. При необходимости величину резистора можно изменить. Глубина модуляции регулируется все тем же переменным резистором R8 — регулятор выходного напряжения НЧ. При необходимости изменить пределы регулировки глубины модуляции, можно подобрать номинал резистора R*.

Предлагаемый генератор работает в диапазоне частот от 26560 кГц до 27620 кГц и предназначен для настройки СВ-аппаратуры. Напряжение сигнала с » Вых. 1 » составляет 0,05 В на нагрузке 50 Ом. Имеется и «Вых.2». к которому можно подключать частотомер при налаживании приемников. В генераторе предусмотрена возможность получения частотно-модулированных колебаний. Для этого служит «Вх. мод.», на который подается низ-кочастотный сигнал с внешнего генератора звуковой частоты. Питание генератора производится от стабилизированного источника +12 В.потребляемый ток не превышает 20 мА. Задающий генератор выполнен на полевых транзисторах VT1. VT2. включенных по схеме «общий исток — общий затвор».

Генератор, собранный по такой схеме, хорошо работает на частотах от 1 до 100 МГц. потому что в нем применены полевые транзисторы с граничной частотой >100 МГц. Согласно проведенным исследованиям . этот генератор имеет кратковременную нестабильность частоты (за 10 с) лучшую, чем генераторы, выполненные по схемам емкостной и индуктивной трехточки. Уход частоты генератора за каждые 30 мин работы после двухчасового прогрева, а также уровни второй и третьей гармоник меньше, чем у генераторов, выполненных по схеме трехточки. Положительная обратная связь в генераторе осуществляется конденсатором С10. В цепь затвора VT1 включен колебательный контур С5…С8. L1. определяющий частоту генерации схемы. Через небольшую емкость С9 к контуру подключена варикапная матрица VD1. Подавая на нее низкочастотный сигнал, изменяем ее емкость и тем самым осуществляем частотную модуляцию генератора. Питание генератора дополнительно стабилизируется VD2. Высокочастотный сигнал снимается с резистора R6. включенного в истоковые цепи транзисторов. К генератору через конденсатор С 11 подключен широкополосный эмиттерный повторитель на VT3 и VT4. Преимущества такого повторителя приведены в . К его выходу через конденсатор С 15 подключен делитель напряжения (R14.R15). Выходное сопротивление по «Вых.1» равно 50 Ом. поэтому с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом к нему можно подключить схему с входным сопротивлением 50 Ом. например ВЧ-аттенюатор. опубликованный в [З]. К выходу эмиттерного повторителя подключен истоковый повторитель на VT5. Это позволило полностью исключить взаимное влияние нагрузок. подключенных к «Вых.1» и «Вых.2».

Детали. Конденсаторы Сб…С 10 — типа КТ6. Остальные конденсаторы: керамические — типа К10-7В. К10-17. электролитические — типа К50-35. Катушка L1 намотана на керамическом ребристом каркасе (размер по ребрам — 15 мм) посеребренным проводом диаметром 1 мм с шагом 2 мм. Количество витков — 6.75. Намотка производится нагретым проводом с «натягом». Дроссель L2 — от черно-белых ламповых телевизоров (можно использовать и другие) индуктивностью от 100 до ЗООмкГн. Резисторы — типа МЛТ-0.125. Полевые транзисторы можно применить любые из серии КПЗОЗ. еще лучше — из серии КП307. Высокочастотные разъемы Х1…ХЗ — типа СР50-73ФВ. Транзистор VT3 — любой высокочастотный прп-типа. VT4 — высокочастотный рпр-типа.

Литература
1. Котиенко Д.. Туркин Н. LC-генератор на полевых транзисторах. — Радио. 1990. N5. с.59.
2. Широкополосный повторитель напряжения. — Радио. 1981. N4. с.61.
3. ВЧ аттенюатор. — Радиолюбитель. KB и УКВ. 1996. N10. с.36.
4. Мухин В. Нестандартное поведение катушек индуктивности при нагревании. — Радиолюбитель. 1996. N9. с.13. 14.
5. Маслов Е. Расчет колебательного контура для растянутой настройки. — Радиолюбитель, 1995. N6. с. 14-16.

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:

Гозлинг В. Применение полевых транзисторов. М., «Энергия», 1970.
Барсуков Ф. И. Генераторы и селективные усилители низкой частоты. М., «Энергия», 1964.
Гоноровский И. С Радиотехнические цепи и сигналы. М., «Советское радио», 1971.
Ван дер Гиир. Перестройка RC-генератора в декадном диапазоне с помощью полевых транзисторов. — «Электроника», № 4, 1969.
Крисилов Ю. Д. Автоматическая регулировка и стабилизация усиления транзисторных схем. М., «Советское радио», 1972.
Проссер Л. Стабильные генераторы на полевых транзисторах. — «Электроника», 1966, № 20.
Ханус, Мартинес. Стабильный НЧ мультивибратор с двумя ПТ. — «Электроника», 1967, №1.
Илэд Л. Использование полевого транзистора для получения стабильного пилообразного напряжения. — «Электроника», 1966, № 16.
Экспресс-информация «ПЭА и ВТ», 1973, № 47.
Кинг Л. Стабильный кварцевый генератор на полевом транзисторе. — «Электроника», 1973, №13.
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

Генератор Колпитца

Принципиальная электрическая схема и работа. Частотное уравнение. Генератор Колпитца на операционном усилителе

Генератор Колпитса

Генератор используется для генерации электронного сигнала с колебательными периодами. Например: синусоидальная волна, прямоугольная волна и т. Д. Осцилляторы в целом подразделяются на два — линейные осцилляторы и нелинейные осцилляторы. Как следует из названия, линейные генераторы используются для создания линейных или синусоидальных сигналов. Принимая во внимание, что нелинейные генераторы используются для создания нелинейных (несинусоидальных выходных сигналов).Все типы электронных генераторов используют входное напряжение для управления частотой колебаний.

Линейные генераторы

бывают многих типов, например, генераторов с отрицательным сопротивлением, , мостовых осцилляторов Вина, , генераторов с фазовым сдвигом (, транзисторы, и , полевые транзисторы ) и так далее.

Генератор Колпитца

— это электронный генератор, в котором индуктивность и конденсаторы образуют цепь генератора LC . Генератор Колпитца был изобретен американским ученым Эдвином Колпитцем в 1918 году.Это еще один тип синусоидального LC-генератора, который в основном представляет собой гармонический генератор, который имеет множество применений. Генератор Колпитца может быть реализован с использованием ламп, транзисторов, полевых транзисторов или операционного усилителя. Он очень похож на осциллятор Хартли , за исключением добавления контура резервуара. В генераторе Колпитца баковый контур состоит из двух последовательно соединенных конденсаторов и катушки индуктивности, подключенных параллельно к последовательной комбинации. Частота колебаний определяется номиналом конденсаторов и индуктора в контуре резервуара.Таким образом, основное различие между генератором Колпитца и генератором Хартли состоит в том, что первый использует ответвленную емкость, а второй — индуктивность с ответвлениями.

Генератор

Колпитца обычно используется в радиочастотных приложениях, и его типичный рабочий диапазон составляет от 20 кГц до 300 МГц. В генераторе Колпитца установка емкостного делителя напряжения в контуре резервуара работает как источник обратной связи, и такая компоновка обеспечивает лучшую стабильность частоты по сравнению с генератором Хартли, который использует установку индуктивного делителя напряжения для обратной связи.Принципиальная схема типичного генератора Колпитца на транзисторе показана на рисунке ниже.

На принципиальной схеме резисторы R1 и R2 дают смещение делителя напряжения на транзистор. Резистор R4 ограничивает коллекторный ток транзистора. Cin — это входной развязывающий конденсатор постоянного тока, а Cout — выходной развязывающий конденсатор. Re — эмиттерный резистор, предназначенный для обеспечения термостойкости. Ce — обводной конденсатор эмиттера. Задача обводного конденсатора эмиттера — обходить усиленные сигналы переменного тока от падения на Re.Обходной конденсатор эмиттера отсутствует, усиленный сигнал переменного тока будет падать на Re, и это изменит условия смещения постоянного тока транзистора, и в результате будет уменьшено усиление. Конденсаторы C1, C2 и катушка индуктивности L1 образуют контур бака. Обратная связь на базу транзистора берется от соединения конденсатора C2 и катушки индуктивности L1 в цепи резервуара.

При включении питания конденсаторы C1 и C2 начинают заряжаться. Когда они полностью заряжены, они начинают разряжаться через индуктор L1.Когда конденсаторы полностью разряжены, электростатическая энергия, накопленная в конденсаторах, передается катушке индуктивности в виде магнитного потока. Дроссель начинает разряжаться, и конденсаторы снова заряжаются. Эта передача энергии назад и вперед между конденсаторами и катушкой индуктивности является основой колебаний. Напряжение на C2 является фазой, противоположной напряжению на C1, и это напряжение на C2, которое возвращается на транзистор. Сигнал обратной связи на базе-базе транзистора появляется в усиленной форме на коллекторе и эмиттере транзистора.

Энергия, потерянная в контуре резервуара, компенсируется транзистором, и колебания поддерживаются. Цепь резервуара производит фазовый сдвиг на 180 °, а сам транзистор производит еще один фазовый сдвиг на 180 °. Это означает, что вход и выход находятся в фазе, и это необходимое условие положительной обратной связи для поддержания устойчивых колебаний. Частоту колебаний осциллятора Колпитца можно определить с помощью приведенного ниже уравнения.

Где L — индуктивность индуктора в цепи резервуара, а C — эффективная емкость конденсаторов в цепи резервуара.Если C1 и C2 являются отдельными емкостями, то эффективная емкость последовательной комбинации C = (C1C2) / (C1 + C2). Используя объединенные переменные конденсаторы вместо C1 и C2, генератор Колпитца можно сделать регулируемым.

Преимущества генератора Колпитца.

Основным преимуществом генератора Колпитца перед генератором Хартли является улучшенная производительность в области высоких частот. Это связано с тем, что конденсаторы обеспечивают путь с низким реактивным сопротивлением для высокочастотных сигналов, и, следовательно, выходные сигналы в высокочастотной области будут более синусоидальными.Благодаря отличным характеристикам в области высоких частот, генератор Колпитца может использоваться даже в микроволновых приложениях.

Генератор Колпитца на операционном усилителе.

Принципиальная схема генератора Колпитца, использующего операционный усилитель, показана на рисунке выше. Операционный усилитель работает в режиме инвертирования, где R1 — входной резистор, а Rf — резистор обратной связи. Коэффициент усиления генератора на базе операционного усилителя можно индивидуально настроить с помощью компонентов Rf и R1, и это большое преимущество.Коэффициент усиления инвертирующего усилителя на операционном усилителе определяется уравнением; А = -Rf / R1 . Другие компоненты, такие как элементы цепи резервуара, конденсаторы связи и т. Д., Не имеют существенного влияния на усиление генератора Колпитца на базе операционных усилителей. В версиях на основе транзисторов усиление зависит почти от всех компонентов (особенно от цепи резервуара), и сделать прогноз сложно.

Принцип работы и теория работы генератора Колпитца на базе операционных усилителей аналогичны транзисторной версии.Уравнение для частоты также такое же.

Применение осциллятора Колпитца

Применяется для получения периодических выходных сигналов высокой частоты.
, использующий устройства на поверхностных акустических волнах, может использоваться для производства полезных датчиков, таких как датчики температуры и звуковые датчики.
Применяется в схемах, где используется огромный частотный диапазон.
Находит широкое применение в мобильной связи и радиопрогнозировании.

Осциллятор Клаппа

Генератор

Clap является модификацией генератора Колпитца.Единственное отличие состоит в том, что есть один дополнительный конденсатор, подключенный последовательно к катушке индуктивности в цепи резервуара. Принципиальная схема типичного генератора Клаппа показана на рисунке ниже.

Основная цель добавления этого дополнительного конденсатора C3 — улучшить стабильность частоты. Установка этого дополнительного конденсатора C3 предотвращает влияние паразитных емкостей и других параметров транзистора на C1 и C2. В приложениях с переменной частотой, использующих осциллятор Клаппа, обычная практика состоит в том, чтобы сделать C1, C2 фиксированными, а C3 сделать переменными.При выводе частотного уравнения необходимо также учитывать дополнительный конденсатор, и уравнение равно

Значение C3 обычно выбирается очень маленьким, поэтому значения C1 и C2 меньше влияют на чистую эффективную емкость. В результате уравнение для частоты можно упростить до

Как сделать осциллятор Пирса, схемы осциллятора Хартли

В этом посте мы узнаем, как построить простые схемы осциллятора, такие как осциллятор Пирса и осциллятор Хартли, с использованием одного затвора КМОП.Оба генератора представляют собой типы генераторов, которые используют минимальное количество компонентов, но способны генерировать очень стабильные и надежные частотные выходы.

Осциллятор Пирса

Вы можете легко построить схему генератора Пирса на основе конструкции кварцевого генератора, используя один вентиль КМОП, как показано на следующем рисунке.

Одиночный КМОП-инвертор смещен в линейный усилитель с помощью R1. Можно увидеть кристалл, подключенный между входом и выходом схемы прошивки через подстроечный конденсатор TCI.

Предлагаемая схема предназначена для работы с последовательной резонансной частотой кристалла. Излишне говорить, что здесь не использовалась положительная обратная связь между выходом и входом схемы. Это связано с тем, что вход и выход усилителя CMOS работают в противофазном режиме.

При последовательном резонансе может показаться, что кристалл подает отрицательную обратную связь на усилитель. Однако в действительности это может быть не так, потому что C1 и C2 создают емкостный центральный отвод вокруг кристалла, где центральный отвод можно увидеть заземленным.

В результате кристалл ведет себя как трансформатор, работающий в режиме последовательного резонанса, используя пару соединений, работающих в противофазе. Следовательно, мы можем обнаружить фазовый сдвиг на 180 градусов с помощью двух усилителей и кристалла, а также с помощью положительной обратной связи.

TC1 включен для настройки частоты колебаний схемы в соответствии с номинальной частотой кристалла, но в любом случае эту конкретную функцию можно не использовать, если она не требуется. Теперь TC1 можно снять, а кристалл можно подключить непосредственно через R1.

Конденсаторы C1 и C2 могут быть замечены со значениями 470 пФ каждый в этой конструкции схемы с пробивкой. При этих значениях схема должна без проблем колебаться в широком диапазоне частот. Если частота составляет всего несколько МГц, вы можете уменьшить значения C1 и C2 относительно, чтобы вы могли правильно поддерживать колебания. В качестве альтернативы, когда частоты ниже нескольких 100 кГц, вы можете выбрать значения C1 и C2 немного больше.

На схеме показан вентиль И КМОП, также можно использовать буферный вентиль КМОП, например, от IC 4050.

Использование полевого транзистора

Преимущество схемы кварцевого генератора Пирса состоит в том, что она не требует каких-либо настроек. На следующем рисунке показано, как построить схему генератора Пирса с использованием одного полевого транзистора 2N3823 (или 2N3821, 2N3822).

В этой схеме кварцевый кристалл (XTAL) управляется между стадиями сток / выход и затвор / вход полевого транзистора. ВЧ-дроссель на 2,5 МГц (RFC1) обычно не настраивает схему, но помогает просто удерживать ВЧ-энергию от источника постоянного тока.Схема начинает колебаться в момент включения переключателя S1.

Емкостная выходная связь обеспечивается конденсатором C1, который обеспечивает достаточно высокое сопротивление внешней нагрузки, чтобы не перегружать цепь и не разрушать колебания. В то время как схема генератора Пирса колеблется на кварцевой частоте, она потребляет около 2,3 мА тока от источника постоянного тока 12 В.

В это время без нагрузки амплитуда выходного ВЧ сигнала равна 6.2v RMS (в показанной схеме это реализовано на частоте 7 МГц).

Схема Пирса предназначена для генерации колебаний на основной частоте кристалла. Следовательно, в случае использования кристалла гармонического типа колебания будут происходить на первичной частоте кристалла, а не обязательно на указанной (гармонической) частоте. Кроме того, для генератора Пирса требуется чрезвычайно активный кристалл.

Осциллятор Хартли

Генератор Хартли — это тип схемы генератора частоты, в которой частота колебаний зависит от настроенной схемы, которая включает конденсаторы и индукторы, то есть это просто тип LC-генератора.

Один инвертор CMOS может также использоваться для создания популярного генератора типа Хартли. Этот тип схемы генератора Хартли более выгоден, чем обычные генераторы LC, поскольку здесь для катушки требуется только одна обмотка. Даже в этом случае катушка должна быть обмоткой с центральным отводом. Принципиальная схема КМОП-генератора Хартли может быть визуализирована на следующем рисунке.

Работа генератора Эртли очень похожа на работу генератора Пирса, за исключением использования LC-каскада с центральным отводом, который используется вместо емкостного кристалла с отводом по центру.

Катушка индуктивности L обеспечивает постоянный ток между входом и выходом КМОП-инвертора, что гарантирует, что схема может работать без резистора смещения.

Схема может работать с диапазоном частот в несколько сотен кГц, но ниже 10 МГц. Эти частоты будут зависеть от значений L и C, которые должны быть выбраны соответствующим образом, чтобы соответствовать указанному диапазону рабочих частот.

Вы можете сделать конденсатор C переменной, если вы хотите, чтобы схема Хартли работала как генератор переменной частоты.Помните, что указанное ответвление на катушке L не обязательно должно быть точно посередине обмотки, что означает, например, что цепь может работать без каких-либо проблем даже с первичной обмоткой I.F. трансформатор, используемый вместо L.

Катушка L может быть испытана, используя различное количество витков на ферритовом сердечнике и проверяя результаты с помощью частотомера.

В диаграмме Хартли использовался вентиль AND CMOS, вы также можете использовать буфер CMOS, например, от IC 4050.

Использование одного транзистора

Тип однотранзисторной схемы генератора, настроенной с помощью трансформатора и генерирующей синусоидальную волну AF, можно увидеть на следующем рисунке. Фактически это схема генератора типа Хартли, в которой функции настройки и обратной связи достигаются посредством всего лишь одной обмотки трансформатора с центральным отводом; вторая обмотка трансформатора впоследствии работает как выходная катушка связи.

Чтобы построить эту схему Хартли, вы должны сначала приобрести небольшой трансформатор T1, который представляет собой трансформатор с центральным ответвлением от 500 до 30 Ом.Это означает, что обмотка схемы имеет сопротивление 500 Ом, а обмотка выходной стороны — приблизительно 30 Ом.

Верхняя половина первичной обмотки L1 с центральным отводом действует как катушка с базовым входом, а нижняя половина первичной обмотки L1 действует как выходная катушка коллектора.

Конденсатор C3 отвечает за настройку колебаний на первичной стороне трансформатора. Частота цепи Хартли в основном определяется конденсатором C3 и индуктивностью всей первичной обмотки.

Как показано на диаграмме, если значение C3 равно 0,02 мфд, то частота будет примерно около 2 кГц. Чтобы поднять частоту, вы можете попробовать уменьшить емкость C3; для уменьшения частоты просто увеличьте емкость C3.

Для обеспечения идеальной генерации цепи обмотка трансформатора должна быть правильно поляризована, как указано в технических характеристиках трансформатора, с помощью цветных точек.

Конденсатор C2 не играет никакой роли в настроенной цепи, но он предназначен для предотвращения появления постоянного напряжения коллектора от базы транзистора.Схема обеспечивает амплитуду 0,8 В RMS, когда выход не нагружен. Потребление тока составляет 2 мА, когда для цепи используется источник постоянного тока 6 В

Осциллятор Хартли — рабочий, проектирование с использованием операционного усилителя

Генератор Хартли — одна из классических цепей обратной связи LC, используемая для генерации высокочастотных форм волны или сигналов. Как мы обсуждали в статье об осцилляторах LC, если элементы реактивного сопротивления X1 и X2 выбраны в качестве катушек индуктивности, а X3 — в качестве конденсатора в цепи обратной связи, то генератор называется генератором Хартли.

Они могут быть реализованы с использованием различных схемных конфигураций. Основными частями генераторов Хартли являются секция усилителя и секция резервуара. Секция бака состоит из двух индукторов и одного конденсатора. Каждая секция создает фазовый сдвиг на 180 градусов напряжения сигнала переменного тока и, следовательно, создает синусоидальное напряжение.

Цепь осциллятора Хартли

Принципиальная схема генератора Хартли показана на рисунке ниже. NPN-транзистор, включенный в общую конфигурацию эмиттера, служит активным устройством в каскаде усилителя.R1 и R2 — резисторы смещения, а RFC — радиочастотный дроссель, обеспечивающий изоляцию между работой переменного и постоянного тока.

На высоких частотах значение реактивного сопротивления этого дросселя очень велико; следовательно, его можно рассматривать как разомкнутую цепь. Реактивное сопротивление равно нулю для постоянного тока, поэтому не вызывает проблем для конденсаторов постоянного тока. CE — это шунтирующий конденсатор эмиттера, а RE — также резистор смещения. Конденсаторы CC1 и CC2 — это конденсаторы связи.

Когда в цепь подается постоянный ток (Vcc), ток коллектора начинает расти и начинается зарядка конденсатора C.Как только C полностью заряжен, он начинает разряжаться через L1 и L2 и снова начинает заряжаться.

Эта прямая и четвертая форма волны напряжения представляет собой синусоидальную волну, которая имеет небольшой размер и приводит к ее отрицательному изменению. В конечном итоге он вымрет, если его не усилить.

Теперь мы видим транзистор. Синусоидальная волна, генерируемая баком, передается на базу транзистора через конденсатор CC1.

Поскольку транзистор сконфигурирован как общий эмиттер, он принимает входной сигнал от цепи резервуара и инвертирует его в стандартную синусоидальную волну с опережающим положительным изменением.

Таким образом, транзистор обеспечивает усиление, а также инверсию для усиления и коррекции сигнала, генерируемого контуром резервуара. Взаимная индуктивность между L1 и L2 обеспечивает обратную связь энергии от схемы коллектор-эмиттер к схеме база-эмиттер.

Частота колебаний этого контура

fo = 1 / (2π √ (Leq C))

Где Leq — полная индуктивность катушек в контуре резервуара, равная

Leq = L1 + L2 + 2M

Для практической схемы, если L1 = L2 = L и взаимной индуктивностью пренебречь, то частота колебаний может быть упрощена до

fo = 1 / (2π √ (2 L C))

В некоторых схемах существует взаимная индуктивность между L1 и L2 транзисторного генератора Хартли, как показано на рисунке ниже.

Взаимная индуктивность осциллятора Хартли

Изменение тока через катушку индуцирует ток в соседней катушке магнитным полем, что называется взаимной индуктивностью. Это дополнительная величина индуктивности, вызванная в одной катушке индуктивности из-за магнитного потока другой катушки индуктивности.

Учитывая влияние взаимной индуктивности, общую индуктивность катушек можно рассчитать по формуле, приведенной ниже.

Leq = L1 + L2 + 2M

Где M — взаимная индуктивность, и ее значение зависит от эффективной связи между индукторами, расстояния между ними, размеров каждой катушки, количества витков в каждой катушке и типа материала, используемого для общего сердечника.

В радиочастотных генераторах в зависимости от северной и южной полярностей полей, создаваемых тесно связанными индукторами, определяется общая индуктивность цепи.

Если поля, создаваемые отдельными катушками, имеют одинаковое направление, то взаимная индуктивность добавляется к общей индуктивности, следовательно, общая индуктивность увеличивается.

Если поля противоположны, то взаимная индуктивность уменьшит общую индуктивность.Следовательно, рабочая частота генератора будет увеличена.

Конструкция генератора Хартли учитывает это взаимное влияние двух индукторов. На практике для обоих катушек индуктивности используется общий сердечник, однако в зависимости от коэффициента связи влияние взаимной индуктивности может быть намного больше.

Значение этого коэффициента равно единице, когда между индукторами существует стопроцентная магнитная связь, и его значение равно нулю, если между индукторами нет магнитной связи.

Схема осциллятора Хартли

с использованием операционного усилителя

Генератор Хартли может быть реализован с использованием операционного усилителя, его типовая схема показана на рисунке ниже. Этот тип схемы облегчает регулировку усиления с помощью сопротивления обратной связи и входного сопротивления.

В транзисторном генераторе Хартли усиление зависит от элементов схемы L1 и L2, тогда как в генераторе операционного усилителя усиление меньше зависит от элементов схемы резервуара и, следовательно, обеспечивает большую стабильность частоты.

Принцип действия этой схемы аналогичен транзисторной версии генератора Хартли. Синусоидальная волна, генерируемая цепью обратной связи, подается на секцию операционного усилителя. Затем эта волна стабилизируется и инвертируется усилителем.

Частота генератора изменяется с помощью переменного конденсатора в контуре резервуара, сохраняя коэффициент обратной связи и амплитуду выходного сигнала постоянными во всем диапазоне частот. Частота колебаний для этого типа осциллятора такая же, как и у рассмотренного выше осциллятора, и задается как

fo = 1 / (2π √ (Leq C))

Где Leq = L1 + L2 + 2M или L1 + L2

Чтобы генерировать колебания в этой цепи, коэффициент усиления усилителя должен быть выбран больше или, по крайней мере, равным отношению двух индуктивностей.

Av = L1 / L2

Если между L1 и L2 существует взаимная индуктивность из-за общего сердечника для этих двух катушек, то коэффициент усиления равен

Av = (L1 + M) / (L2 + M)

Пример 1

Учтите, что транзисторный генератор Хартли, состоящий из баковой цепи, имеет емкость 100 пФ. Индуктивность между коллектором и точкой ответвления составляет 30 мкГн, а значение индуктивности между точкой ответвления и базой транзистора составляет 1 × 10-8 Гн.Узнайте частоту колебаний. Пренебрегайте взаимной индуктивностью.

Учитывая, что

C = 100 пФ = 100 × 10 ^-12 F

L1 = 30 мкГн = 30 × 10 ^-6 H

L2 = 30 мкГн = 1 × 10 ^-8 H

Частота колебаний транзисторного генератора Хартли равна

fo = 1 / (2π √ (L1 + L2) C))

= 1 / (2π √ ((30 × 10 ^-6) + (1 × 10 ^-8)) × 100 × 10 ^-12))

= 2.9 × 10 ⁶ Гц

= 2,9 МГц

Пример 2

Рассмотрим приведенный рисунок, на котором осциллятор Хартли построен с операционным усилителем и LC-цепью обратной связи. По приведенным значениям определите рабочую частоту и максимально допустимое значение сопротивления R для начала колебаний.

Для генератора Хартли частота колебаний равна

fo = 1 / (2π √ (Leq C))

Где Leq = L1 + L2

Leq = 1.0 × 10 ^-6 + 0,1 × 10 ^-6

Leq = 1,1 × 10 ^-6

Значение конденсатора C = 1 × 10 ^-9 F

Следовательно, fo = 1 / (2π √ (1,1 × 10 ^-6 × 1 × 10 ^-9)

= 4,799 МГц.

Коэффициент обратной связи = L2 / L1

= 0,1 × 10 ^-6 / 1,0 × 10 ^-6

= 0,1

Следовательно, минимальный требуемый коэффициент усиления = 10

Но, усиление = R2 / R = 100 × 10 ³ / R

Следовательно, максимальное значение R = 100 × 10 ³/10

= 10 кОм.

Преимущества

Вместо двух отдельных катушек, таких как L1 и L2, можно использовать одну катушку с неизолированным проводом, а катушку заземлить в любой желаемой точке вдоль нее.
Используя переменный конденсатор или сделав сердечник подвижным (изменяя индуктивность), можно изменять частоту колебаний.
Амплитуда выходного сигнала остается постоянной во всем рабочем диапазоне частот.
Требуется очень мало компонентов, включая либо две фиксированные катушки индуктивности, либо катушку с ответвлениями.

Недостатки

Его нельзя использовать в качестве низкочастотного генератора, так как индуктивности становятся большими, а размер индукторов становится громоздким.
Содержание гармоник на выходе этого генератора очень велико, поэтому он не подходит для приложений, требующих чистой синусоидальной волны.

Осциллятор Хартли: что это? (Частота и схема)

Что такое осциллятор Хартли?

Генератор Хартли (или ВЧ-генератор) — это тип гармонического генератора.Частота колебаний генератора Хартли определяется LC-генератором (т. Е. Цепью, состоящей из конденсаторов и катушек индуктивности). Генераторы Хартли обычно настраиваются на создание волн в радиочастотном диапазоне (поэтому они также известны как радиочастотные генераторы).

Осцилляторы Хартли были изобретены в 1915 году американским инженером Ральфом Хартли.

Отличительной особенностью генератора Хартли является то, что схема настройки состоит из одного конденсатора, включенного параллельно с двумя последовательно включенными индукторами (или с одной ответвленной катушкой индуктивности), а сигнал обратной связи, необходимый для генерации колебаний, берется из центрального соединения двух катушек индуктивности. индукторы.

Принципиальная схема генератора Хартли показана ниже на рисунке 1:

Здесь R _C — это коллекторный резистор, а эмиттерный резистор R _E образует стабилизирующую цепь. Кроме того, резисторы R ₁ и R ₂ образуют цепь смещения делителя напряжения для транзистора в конфигурации CE с общим эмиттером.

Далее, конденсаторы C _, и C _или являются входными и выходными развязывающими конденсаторами, а эмиттерный конденсатор C _E является байпасным конденсатором, используемым для обхода усиленных сигналов переменного тока.Все эти компоненты идентичны компонентам усилителя с общим эмиттером, который смещен с помощью схемы делителя напряжения.

Однако на рисунке 1 также показан еще один набор компонентов, а именно, индукторы L ₁ и L _2, и конденсатор C, которые образуют контур резервуара (показаны в красном корпусе).

При включении источника питания транзистор начинает проводить ток, что приводит к увеличению тока коллектора I _C, который заряжает конденсатор C.

При достижении максимально возможного заряда C начинает разряжаться через катушки индуктивности L ₁ и L ₂. Эти циклы зарядки и разрядки приводят к затухающим колебаниям в контуре резервуара.

Колебательный ток в цепи резервуара создает переменное напряжение на индукторах L ₁ и L ₂, которые не совпадают по фазе на 180 ^o, поскольку точки их контакта заземлены.

Далее из рисунка видно, что выходной сигнал усилителя подается на катушку индуктивности L ₁, в то время как напряжение обратной связи, подаваемое на L ₂, подается на базу транзистора.

Таким образом, можно сделать вывод, что выход усилителя синфазен с напряжением цепи резервуара и возвращает энергию, потерянную им, в то время как энергия, подаваемая обратно в схему усилителя, будет не в фазе на 180 ^o.

Напряжение обратной связи, которое уже на 180 ^o не совпадает по фазе с транзистором, обеспечивается дополнительным фазовым сдвигом на 180 ^o из-за действия транзистора.

Следовательно, сигнал, который появляется на выходе транзистора, будет усилен и будет иметь общий фазовый сдвиг 360 ^o.

В этом состоянии, если сделать коэффициент усиления схемы немного большим, чем коэффициент обратной связи, задаваемый

(если катушки намотаны на одном сердечнике, где M указывает взаимную индуктивность)
, тогда схема генерирует осциллятор, который можно поддерживать, поддерживая коэффициент усиления схемы равным коэффициенту обратной связи.

Это приводит к тому, что схема на рисунке 1 действует как генератор, поскольку тогда она удовлетворяет обоим условиям критерия Баркгаузена.

Частота такого генератора задается как

, где

Генераторы Хартли доступны во многих различных конфигурациях, включая последовательное или шунтирующее питание, конфигурацию с общим эмиттером или общей базой, а также BJT (биполярный переходный транзистор). ) или усилителя на полевом транзисторе.

Кроме того, следует отметить, что секция усилителя на основе транзисторов, показанная на Рисунке 1, может быть даже заменена усилителем любого другого типа, например, инвертирующего усилителя, образованного операционным усилителем, как показано на Рисунке 2.

Работа такого генератора аналогична показанному ранее. Однако здесь коэффициент усиления генератора можно индивидуально регулировать с помощью резистора обратной связи R _f из-за того, что коэффициент усиления инвертирующего усилителя задается как -R _f / R ₁.

Из этого можно заметить, что в этом случае коэффициент усиления схемы в меньшей степени зависит от элементов схемы в цепи резервуара.

Это увеличивает стабильность генератора с точки зрения его частоты.

Генераторы Hartley имеют преимущество, поскольку они представляют собой легко настраиваемые схемы с очень небольшим количеством компонентов, включая конденсатор и либо две катушки индуктивности, либо катушку с ответвлениями.

Это приводит к постоянной выходной амплитуде по всей его широкой рабочей частоте r в диапазоне от 20 кГц до 30 МГц. Однако этот тип генератора не подходит для работы на низких частотах, так как это приведет к появлению индуктора большого размера, что сделает схему громоздкой.

Кроме того, на выходе генератора Хартли много гармоник, поэтому он не подходит для приложений, требующих чистой синусоидальной волны.

Осциллятор Колпитца

— обзор

3.5.3.1 Общая информация

ГУН генерирует выходной сигнал, частота которого f _S может быть изменена с помощью управляющего напряжения V _f, как показано на рисунке 3.45.

Рисунок 3.45. Принцип действия VCO

Закон управления f _S как функция V _f называется характеристикой VCO.

Передаточная характеристика ГУН представлена на рисунке 3.46.

Рисунок 3.46. Передаточная характеристика VCO

VCO будет работать около центральной частоты или собственной частоты F ₀. Наклон передаточной характеристики представляет собой параметр K _VCO. Выражается в рад / сВ или Гц / В.

Генератор, управляемый напряжением (ГУН), может быть представлен его блок-схемой, как показано на рисунке 3.47.

Рисунок 3.47. Блок-схема VCO

Используемый частотный интервал [F _min — F _max] называется диапазоном частот генератора.Центральная частота или собственная частота выражается следующим образом:

F0 = Fmin + Fmax / 2

Можно выделить два основных семейства ГУН:

—: релаксационных осцилляторов;
—: квазисинусоидальных генератора.

Релаксационные или нестабильные генераторы могут использоваться на частотах примерно до 10 МГц и могут выдавать сигналы квадратной или треугольной формы (или даже синусоидальные волны с искажением в несколько процентов). Они просты в реализации.Вместо этого на высоких частотах используются квазисинусоидальные генераторы (системы на основе варикапов) или специализированные интегральные схемы, использующие, например, технологию ECL (эмиттерно-связанной логики).

Могут использоваться генераторы переменной частоты на основе дискретных компонентов или ГУН в интегрированной форме. Будут представлены две концепции. Однако больше внимания будет уделено концепции интегральных схем, поскольку существующие системы ФАПЧ в большинстве случаев имеют интегральную форму.

3.5.3.2 ГУН на основе дискретных компонентов

Для расчета генератора, управляемого напряжением, необходимо знать охватываемый диапазон полосы частот. Выбор элементов цепи обратной связи (цепи, задающей частоту колебаний и диапазон ее изменения) очень важен. Для высоких частот в генераторах в качестве цепи обратной связи используется резонансный контур типа «LC». В общем, регулируемым элементом для изменения частоты генератора является конденсатор, который будет представлен диодом переменной емкости (варикап) или набором правильно собранных варикапных (или варакторных) диодов.Также важно знать относительное изменение усиления ГУН, которое выражает изменение частоты в соответствии со значением управляющего напряжения.

Форма функции f _s = F (V _f) очень важна для интеграции ГУН в ФАПЧ.

Для низких частот мы будем использовать интегральные схемы, включая цепи обратной связи, построенные на резисторах и конденсаторах.

Для высоких частот существует несколько типов ГУН на основе известных структур, таких как генераторы Колпитса, Клаппа или Хартли.

Для дискретного компонента можно использовать биполярный транзистор или полевой транзистор, которые подходят для полосы частот, которую должен покрывать ГУН.

В примере мы представим генератор Колпитца на полевом транзисторе. Исследование осциллятора Хартли или Клаппа остается аналогичным.

Простая схема генератора Колпитца, использующего полевой транзистор, схематически представлена на рисунке 3.48.

Рисунок 3.48.Полевой транзистор генератора Колпитца

Резисторы R _D, R _S и R _G являются поляризационными резисторами. Конденсаторы C _e и C _S являются конденсаторами связи. Они представляют пренебрежимо малое сопротивление рабочей частоте генератора. Их основная функция — блокировать непрерывные компоненты, необходимые для поляризации полевого транзистора.

Сеть обратной связи генератора образована цепью, состоящей из конденсаторов C ₁ и C ₂ и самоиндукции L.В отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы (FET) имеют очень высокое входное сопротивление. Они потребляют относительно небольшое количество энергии. Функция цепи обратной связи заключается в определении частоты колебаний генератора. Эта частота задается соотношением:

f = 12πLC1C2C1 + C2

Для того, чтобы иметь переменную частоту, управляемую внешним напряжением, необходимо найти средства для изменения емкостей C ₁ или C ₂ или обоих при в то же время на основе внешнего приложенного напряжения.Для этой цели мы используем компонент, который позволяет нам изменять емкость в зависимости от напряжения; это диод переменной емкости (варактор). Фактически, этот тип диода (см. Рисунок 3.49a) имеет характеристику (см. Рисунок 3.49b) наличия между его выводами емкости, которая изменяется в зависимости от приложенного к нему обратного напряжения. Следовательно, установка диода с переменной емкостью параллельно или последовательно с одним из конденсаторов C ₁ и C ₂ или с обоими одновременно позволит получить эквивалентный конденсатор, емкость которого будет варьироваться в зависимости от напряжение обратного смещения, приложенное к варикапу.

Рисунок 3.49. Диод переменной емкости (a) и направление изменения его емкости перехода в соответствии с приложенным к нему обратным напряжением (b)

Изменение емкости перехода диода переменной емкости, в котором используется, например, планарная технология, подчиняется соотношению:

Cj = Cj01 + vRV0

Когда варакторный диод интегрирован в цепь обратной связи генератора Колпитца, очень важно обращать внимание на то, как обратное напряжение v _R применяется для изменения емкости варактора.

Это напряжение никоим образом не должно нарушать поляризацию активного элемента.

Схема работы генератора, управляемого напряжением, показана на рисунке 3.50. Конденсатор C _L предотвращает напряжение смещения v _R диода переменной емкости, чтобы нарушить смещение полевого транзистора.

Рисунок 3.50. Схема работы генератора, управляемого напряжением (ГУН)

Дроссельная катушка L _choc включена для предотвращения высокочастотных сигналов, нарушающих напряжение смещения варакторного диода.Он также работает как связующая цепь между варакторным диодом и управляющим напряжением V _R.

3.5.3.3 ГУН на базе ИС

Генератор, управляемый напряжением, обычно используется на низкой частоте или, в более общем смысле, на частотах ниже нескольких десятков МГц. Тем не менее, есть несколько интегральных схем, которые работают как генераторы, управляемые напряжением (ГУН), которые могут достигать и даже превышать 100 МГц. Существует множество ИС, которые могут работать как ГУН. Далее мы представим некоторые интегральные схемы, которые, по-видимому, отвечают целям обучения и подготовки, ожидаемым в этом руководстве.Типы VCO, которые напрямую интегрированы в PLL, не рассматриваются. Они будут рассмотрены в специальном абзаце, в котором основное внимание будет уделено интегральным схемам ФАПЧ. Вопрос о VCO, которые предназначены для определенных приложений, также не будет рассматриваться.

a) Схема XR-2206

Схема XR-2206 не нова. В настоящее время он, как правило, больше не используется. Его главный интерес — особенно образовательный для создания сигнала переменной частоты путем изменения управляющего напряжения.

Его можно использовать в различных приложениях и интегрировать в контур фазовой автоподстройки частоты. Он состоит из 16-контактного корпуса DIL (двухрядный) (см. Рисунок 3.51).

Рисунок 3.51. Внутренняя схема схемы XR 2206. Цветную версию этого рисунка см. На сайте www.iste.co.uk/haraoubia/nonlinear2.zip

XR 2206 по существу содержит переключатель питания, умножитель, схему формирования, биполярный транзистор с открытым коллектором, следящий каскад. и генератор, управляемый напряжением (ГУН), частота которого определяется внешними компонентами C _ext и R _ext.

Изменение частоты выходного сигнала обеспечивается введением сигнала на качающийся вход схемы генератора, управляемого напряжением (ГУН), как показано на рисунке 3.52.

Рисунок 3.52. XR 2206 IC Работа с ГУН

Вход 7 токового переключателя является входом с низким сопротивлением. Он имеет постоянное напряжение, практически равное 3 вольтам.

Частота выходного сигнала определяется соотношением:

fHz = 320IF.103C

Когда мы берем R = R _C, это приводит к соотношению

fHz = 32.104RCVf = KVf

b) Схема LTC6990

Существуют гораздо более современные схемы, чем XR 2206, которые также могут работать как ГУН в низкочастотных диапазонах с очень интересной линейностью частоты / напряжения. Так обстоит дело, например, со схемой LTC 6990 (см. Рисунок 3.53). Принцип работы интегральной схемы LTC 6990 в качестве генератора очень прост. Чтобы на выходе был сигнал с фиксированной частотой, между входом «SET» схемы и землей вставляется фиксированное сопротивление.Частота выходного сигнала пропорциональна этому сопротивлению. На самом деле частота пропорциональна току на входе «SET». Значение сопротивления позволит регулировать силу тока. Когда цель состоит в том, чтобы реализовать генератор, управляемый напряжением, с использованием схемы LTC 6990, мы можем реализовать схему, представленную на рисунке 3.54.

Рисунок 3.53. Блок-схема микросхемы LTC6990 / Источник: техническое описание Analog Devices

Рисунок 3.54.Принцип работы LTC6990 / Источник: техническое описание Analog Devices

Подача управляющего напряжения через сеть R _VCO, R _SET позволяет регулировать частоту выходного сигнала (см. Рисунок 3.54).

Частота выходного сигнала выражается как:

fS = F0−0,5.VfMHz / V

Хорошо видно, что существует линейная зависимость между частотой выходного сигнала и управляющим напряжением V _f.

Это соотношение подтверждается кривой «производителя», которая показывает изменение частоты в соответствии с управляющим напряжением (см. Рисунок 3.55). Наклон кривой отрицательный. Частота F ₀ для нулевого управляющего напряжения равна 1 МГц.

Рисунок 3.55. Передаточная функция ГУН на базе микросхемы LTC1990

c) Интегральная схема Motorola MC100EL1648 (1648)

Схемы MC1648 и MC100EL1648 практически аналогичны. Они были разработаны в соответствии с той же топологией, за исключением того, что схема MC100EL1648 может работать на гораздо более высоких частотах.

Схема MC1648 может работать на частоте до 200 МГц, а схема MC100EL1648 может достигать и превышать 1 ГГц.

Схема MC 1648 реализована в 14-контактном корпусе DIL (двухрядный) (см. Рисунок 3.56a) и использует схему внешнего резервуара для работы в качестве генератора (см. Рисунок 3.56b).

Рисунок 3.56. а) дело DIL в отношении микросхемы MC1648; (б) Генератор на основе MC1648. Источник: техническое описание Motorola

В этой схеме используются биполярные транзисторы и технология ECL (эмиттерно-связанная логика).Это позволяет ему покрывать полосу частот от 1 МГц до 200 МГц.

Схема MC100EL1648 работает по тем же принципам, что и 1648. Однако она использует технологию, относящуюся к биполярным транзисторам, гораздо более продвинутую, чем та, которая используется в схеме MC1648. Эта технология специфична для фирмы, производящей схему. Это позволяет схеме MC100EL1648 иметь более низкое потребление и спектральный диапазон, который может охватывать от нескольких кГц до 1,1 ГГц. С помощью этой схемы можно получить выходные сигналы квадратной или синусоидальной формы.Схема MC100EL1648 представляет собой схему, выполненную с двумя разными корпусами. Есть 8-контактный корпус DIL и 14-контактный корпус DIL (см. Рисунки 3.57 (a) и (b)).

Рисунок 3.57. (a) Схема MC100EL1648 в 8-контактном корпусе DIL и (b) Схема MC100EL1648 в 14-контактном корпусе DIL

Чтобы использовать MC 100EL1648 в качестве генератора, просто необходимо добавить высококачественную параллельную LC-схему (см. Рисунок 3.58) .

Рисунок 3.58. Конструкция генератора на микросхеме MC100EL1648. Источник: техническое описание Motorola

Для работы этих схем в качестве генераторов, управляемых напряжением, емкость C схемы настройки LC просто необходимо заменить либо диодом с переменной емкостью, либо двумя варакторными диодами, собранными антипараллельно. и смещается внешним напряжением, как показано на рисунке 3.59.

Рисунок 3.59. VCO на базе MC100EL1648. Источник: техническое описание Motorola.

Основы LC-генераторов и их измерение

Конденсаторы и катушки индуктивности можно комбинировать для создания резонансных цепей с ярко выраженными частотными характеристиками. Величина емкости и индуктивности этих устройств определяет как резонансную частоту, так и резкость кривой отклика (известной как Q), которую демонстрируют эти цепи.

Если емкость и индуктивность параллельны, в резонансе параллельный LC-контур действует как разомкнутая цепь, при этом ток в цепи определяется любым сопротивлением в цепи.Таким образом, полное сопротивление параллельного резонансного контура при резонансе становится просто значением сопротивления.

Существует множество применений для резонансных цепей, включая избирательную настройку радиопередатчиков и приемников и подавление нежелательных гармоник.

При обсуждении LC-генератора интерес представляет параллельный резонанс. Катушка индуктивности и конденсатор в параллельной конфигурации известны как контур резервуара. В контуре возникает состояние резонанса, когда
X _C = X _L или 1 / 2πfC = 2πfL

Где f — частота, C — емкость, а L — индуктивность.

Резонанс возникает, когда индуктивное и емкостное реактивные сопротивления равны, то есть 2πfL = 1 / 2πfC. Это может происходить только с определенной частотой. Уравнение можно упростить до:

Из этой информации можно, зная емкостные и индуктивные параметры цепи, найти резонансную частоту. В качестве альтернативы, если желательна заданная резонансная частота, можно выбрать значения L и C.

В резонансном контуре Q означает качество. Q — пик (т.е.е. максимум) энергия, запасенная в резонансном контуре, относительно энергии, рассеиваемой в течение цикла. Это отношение резонансной частоты f _r к ширине полосы B _w. Поскольку полоса пропускания указана в знаменателе, канал с более высоким Q будет иметь меньшую пропускную способность: Q = f _r / B _w

Но следует отметить, что в некоторых приложениях добротность резонансного контура намеренно снижена. Это можно сделать, установив резистор, снижающий добротность. Помимо того, что Q играет важную роль в электронных схемах, он важен в колебательных механических, акустических, оптических и других системах.

Вообще говоря, генератор в электронной схеме преобразует напряжение питания постоянного тока в выходной сигнал переменного тока, который может состоять из сигналов различных форм, частот, амплитуд и рабочих циклов. Или выход может быть основной синусоидой без других гармоник.

LC-генератор, подтип электронного генератора, часто используется в радиочастотных приложениях из-за его высококачественного выходного сигнала и простой конструкции. Он состоит из усилителя с положительной (регенеративной) обратной связью в сочетании с LC-резонансным контуром с надлежащим параметром добротности.

Цель при создании усилителя — разработать схему, которая не будет колебаться. В усилителе, не предназначенном для работы в качестве генератора, можно использовать ограниченное количество положительной обратной связи для увеличения усиления. Переменное сопротивление может быть включено последовательно с обратной связью, чтобы предотвратить колебания цепи. В зале с системой громкой связи необходимо поддерживать разделение между динамиком и микрофоном, чтобы контролировать обратную связь и предотвращать колебания.Расстояние между микрофоном и динамиком действует как сопротивление для волн звуковой частоты.

Генераторы

LC (в отличие от RC-генераторов, которые не являются резонансными и основаны исключительно на постоянной времени) настроены так, чтобы звонить на определенной частоте в зависимости от взаимодействия емкостного и индуктивного реактивных сопротивлений. Они аналогичны электромеханическим резонаторам, таким как кварцевые генераторы.

Процесс измерения резонансной частоты контура генератора начинается с подключения генератора радиочастотного сигнала к контуру.Связь между генератором и генератором должна быть слабой. В противном случае выходное сопротивление генератора может нагружать цепь и уменьшать ее добротность.

Затем мы устанавливаем генератор на частоту, на которой мы хотим измерить добротность. Мы настраиваем схему генератора (часто путем поворота конденсатора тюнера), чтобы увидеть максимальное напряжение в зонде осциллографа, подключенном к цепи резервуара. Теперь контур находится в резонансе, эта частота является резонансной частотой контура.

Затем мы измеряем напряжение в цепи генератора на резонансной частоте.Мы изменяем частоту генератора немного выше и ниже резонанса и определяем две частоты, при которых напряжение в цепи в 0,707 раза больше значения в резонансе. Напряжение при 0,707-кратном резонансе составляет -3 дБ.

Полоса пропускания генератора — это разница между частотами, соответствующими этим двум точкам 0,707. Тогда Q — это резонансная частота, деленная на эту полосу пропускания.

Испытательная установка обычно включает генератор сигналов, катушку связи, осциллограф и зонд 1: 100.Выход генератора сигналов подключается к катушке связи, имеющей около 50 витков. Для частот в мегагерцовом диапазоне мы размещаем катушку связи примерно в 20 см от контура генератора. Расстояние 20 см предназначено для обеспечения слабой связи между катушкой и генератором.

Затем мы подключаем зонд к цепи генератора. Заземление зонда должно подключаться к корпусу конденсатора тюнера. Пробник подключается к осциллографу. Пробник представляет собой небольшую нагрузку на схему, поэтому добротность обычно не сильно падает.Также существуют датчики 1: 1 и 1:10, но они могут загружать схему генератора. Зонд 1: 100 обычно имеет входное сопротивление 100 МОм и входную емкость 4 пФ.

Из-за 100-кратного ослабления в пробнике выходной сигнал генератора сигналов обычно должен быть установлен достаточно высоким.

Генератор развертки может упростить некоторые аспекты этого измерения. «Выход развертки» подключается к входу X осциллографа с осциллографом в режиме X-Y. Теперь осциллограмма проходит слева направо, левая сторона — это начальная частота, а правая — конечная частота.Лучше всего начать с установки частоты развертки около 10 Гц.

Вход Y осциллографа подключен к генератору через пробник 1: 100. Выход RF генератора развертки подключается к катушке связи, которая расположена примерно в 20 см от катушки генератора.

Мы можем повернуть конденсатор тюнера и получить кривую генератора на экране осциллографа. Ручка амплитуды генератора развертки регулирует высоту пика кривой. Большим преимуществом этого метода является то, что изменения резонансной частоты контура генератора можно увидеть прямо на экране.Кроме того, изменения Q будут очевидны, потому что изменится высота пика.

Генераторы

LC бывают нескольких подтипов:

• Осциллятор Армстронга, изобретенный в 1912 году Эдвином Армстронгом, был первым электронным осциллятором, в отличие от механических осцилляторов, таких как маятник, которые существовали всегда. Генератор Армстронга первоначально использовался в передатчиках на электронных лампах. Позже они служили в регенеративном приемнике, где РЧ-сигнал от антенны вводился в индуктивность LC с помощью вспомогательной катушки.Катушку можно отрегулировать так, чтобы цепь не колебалась. Эта же схема функционировала для демодуляции радиочастотного сигнала.

• Генератор Колпитса, изобретенный Эдвином Колпитсом в 1918 году, получает обратную связь от того, что можно рассматривать как емкость с отводом от центра. Фактически это делитель напряжения, состоящий из двух последовательно соединенных конденсаторов. Активное устройство, усилитель, может быть биполярным переходным транзистором, полевым транзистором, операционным усилителем или вакуумной лампой. Выход подключается обратно к входу через настроенную LC-схему, составляющую полосовой фильтр, который звонит на желаемой частоте.

Генератор Колпитца может работать как генератор переменной частоты — как в супергетеродинном приемнике или анализаторе спектра — когда индуктивность сделана регулируемой. Это вместо настройки одного из конденсаторов или введения отдельного переменного конденсатора последовательно с катушкой индуктивности.

• Генератор Хартли, изобретенный Ральфом Хартли в 1915 году, является зеркальным отображением генератора Колпитца. Разница в том, что вместо емкости с центральным отводом в сочетании с катушкой индуктивности используется индуктивность с центральным ответвлением в сочетании с конденсатором.Сигнал обратной связи поступает от катушки индуктивности с центральным отводом или последовательного соединения между двумя индукторами.

Эти индуктивности не обязательно связаны друг с другом, поэтому они могут состоять из двух отдельных последовательно соединенных катушек, а не из одного устройства с центральным отводом. В варианте с катушкой с центральным отводом индуктивность больше, потому что два сегмента магнитно связаны.

В генераторе Хартли частоту можно легко регулировать с помощью переменного конденсатора. Схема относительно проста, с небольшим количеством компонентов.Генератор с высокой стабильностью частоты может быть построен путем замены конденсатора кварцевым резонатором.

• Генератор Клаппа, еще одно ЖК-устройство, аналогичным образом состоит из транзистора или вакуумной лампы с цепью обратной связи, основанной на взаимодействии индуктивности и емкости, установленной на желаемую рабочую частоту. Он был изобретен Джеймсом Клэппом в 1948 году. Он напоминает схему Колпитса, в которой третий конденсатор включен последовательно с индуктором. Это усовершенствование по сравнению с генератором Колпитца, в котором колебания могут не возникать на определенных частотах, создавая промежутки в спектре.

• Генератор Пельца отличается от генераторов Колпитса, Клаппа и Хартли тем, что в нем используются два транзистора, а не одно усилительное устройство. Как и в других генераторах, цель состоит в том, чтобы обеспечить суммарное усиление больше единицы на резонансной частоте, чтобы поддерживать колебания.

Один транзистор может быть сконфигурирован как усилитель с общей базой, а другой как эмиттерный повторитель. Бак LC с минимальным сопротивлением на резонансной частоте представляет большую нагрузку на коллектор.Выход эмиттерного повторителя, подключенный обратно к входу транзистора с общей базой, поддерживает колебания в цепи Пельца.

Для создания электрически настраиваемого LC-генератора в LC-цепь помещается варактор (конденсатор переменного напряжения). Варактор представляет собой диод с обратным смещением. Емкость любого PN перехода, как в диоде, падает с ростом обратного смещения. В частности, величина обратного смещения определяет толщину обедненной зоны в полупроводнике.Толщина обедненной зоны пропорциональна корню квадратному из напряжения, которое смещает диод в обратном направлении, а емкость обратно пропорциональна этой толщине и, следовательно, обратно пропорциональна корню квадратному из приложенного напряжения.

Соответственно, выход простого источника питания постоянного тока можно переключать с помощью ряда резисторов или переменного сопротивления для настройки генератора. Варакторы предназначены для эффективного использования этого свойства.

Твердое тело с любой степенью упругости будет до некоторой степени вибрировать при приложении механической энергии.Примером может служить гонг, пораженный молотком. Если его можно заставить звонить непрерывно, он может функционировать как резонансный контур в электронном генераторе.

Кристалл кварца идеально подходит для этой роли, потому что он очень стабилен в отношении своей резонансной частоты. Резонансная частота зависит от размера и формы кристалла. Кварцевые генераторы с точностью до одной секунды за 30 лет заменили маятники в часах и были непревзойденными по точности в течение многих лет, вплоть до 1950-х годов, когда на свет появились атомные часы.

Кристалл кварца как резонатор обладает удивительной силой обратного электричества. Это означает, что при правильной резке, заземлении, установке и оснащении клеммами он будет реагировать на приложенное напряжение, слегка изменяя форму. Когда напряжение снимается, он возвращается к своей исходной пространственной конфигурации, генерируя напряжение, которое можно измерить на выводах. Эта вибрация составляет его резонансную частоту.

Кварцевый кристалл

имеет еще одно достоинство: он недорогой, поэтому он широко используется во многих приложениях, включая лучшие в мире осциллографы, анализаторы спектра и генераторы произвольной частоты.

Осциллятор Хартли и Колпитта

Draw FET. Какая частота колебаний

написано 4,8 года назад пользователем Sayalibagwe ♦ 7.9k

• изменен 4,8 года назад

Осциллятор Хартли

Если полевой транзистор используется в качестве активного устройства в каскаде усилителя, тогда схема называется генератором Хартли на полевом транзисторе. Практическая схема показана на рисунке.

Генератор Хартли на полевом транзисторе

Сопротивление $ R_1, R_2 $ смещает полевой транзистор вместе с $ R_s $.$ C_s $ в шунтирующем конденсаторе источника. Для поддержания стабильной точки Q используются конденсаторы связи $ C_c1, C_ {c2} $. Они имеют очень большие значения по сравнению с конденсатором C. Цепь резервуара показана в рамке.

Мы знаем,

$$ X_1 + X_2 + X_3 = 0 $$

$$ X_1 = j \ omega L_1, X_1 = j \ omega L_2 \ \ и \ \ X_3 = \ dfrac {1} {j \ omega C} $$

Решая относительно ω, получаем такое же выражение для частоты

$$ f = \ dfrac {1} {2 \ pi \ sqrt {CL_ {eq}}} \\ L_ {eq} = L_1 + L_2 \ \ или L_1 + L_2 + 2M $$

Это зависит от того, намотаны ли $ L_1, L_2 $ на одном ядре или нет.

Если $ L_1 = L_2 = L $, то частота колебаний равна,

$$ f = \ dfrac {1} {2 \ pi \ sqrt {2} \ sqrt {LC}} $$

Генератор Колпитта

Если в основной схеме генератора Колпитца полевой транзистор используется в качестве активного устройства в каскаде усилителя, схема называется генератором Колпитца на полевом транзисторе. Контур бака остается таким же, как и раньше.

Работа цепи и частота колебаний также остаются прежними.

Практическая схема генератора Колпитца на полевых транзисторах показана на рисунке.

Задача:

Контур резервуара Хартли
Здесь L1 = 10 мГн и L2 = 10 мГн
Итак, L = L1 + L2 = 10 + 10 = 20 мГн
Следовательно, частота генератора равна,
$ f = \ dfrac {1} {(2π \ sqrt {LC}} \\ f = \ dfrac {1} {2π \ sqrt {20 x 0,1}} = 0,11 Гц $
Контур резервуара Colpitt
Здесь C1 = 0,1 пФ и C2 = 0,1 пФ
Итак, $ C = \ dfrac {C1 C2} {C1 + C2} = \ dfrac {0,1 x 0,1} {0,1 + 0,1} = \ dfrac {0.

Принцип работы генератора Хартли на полевом транзисторе

Особенности схемы генератора Хартли с общим стоком

Расчет номиналов компонентов генератора Хартли

Преимущества использования полевого транзистора

Практические рекомендации по сборке генератора

Области применения генератора Хартли

Настройка и проверка работы генератора

Типичные неисправности и их устранение

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

Генератор Хартли — это… Что такое Генератор Хартли?

См. также

Ссылки

Индуктивная трехточка на полевом транзисторе

Паяем генератор Клаппа с частотой 11 МГц

Генератор Клаппа: теория

Добавляем эмиттерный повторитель

Генератор Клаппа: практика

Заключение

Генератор по схеме Хартли | Техника и Программы

Простой широкополосный генератор сигналов вч. Высокочастотный генератор: обзор, особенности,виды и характеристики

Генератор ВЧ

Схема прибора

Принцип работы и конструкция полупроводникового генератора ВЧ

Ламповый генератор ВЧ

Генератор состоит из цепей:

ГЕНЕРАТОР НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ

ГЕНЕРАТОР ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

Рисунок печатной платы генератора ВЧ

Доработка генератора ГУК-1

FM модуляция в генераторе ГУК-1.

ГЕНЕРАТОРЫ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

ПРОСТЕЙШИЕ RC-ГЕНЕРАТОРЫ

ГЕНЕРАТОРЫ, ПЕРЕСТРАИВАЕМЫЕ В ШИРОКОМ ДИАПАЗОНЕ ЧАСТОТ

СТАБИЛИЗАЦИЯ АМПЛИТУДЫ КОЛЕБАНИЙ

ЧМ ГЕНЕРАТОРЫ

МУЛЬТИВИБРАТОРЫ

ГЕНЕРАТОРЫ ПИЛООБРАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

КВАРЦЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

BACK MAIN PAGE

Принципиальная электрическая схема и работа. Частотное уравнение. Генератор Колпитца на операционном усилителе

Генератор Колпитса

Преимущества генератора Колпитца.

Генератор Колпитца на операционном усилителе.

Применение осциллятора Колпитца

Осциллятор Клаппа

Как сделать осциллятор Пирса, схемы осциллятора Хартли

Осциллятор Пирса

Использование полевого транзистора

Осциллятор Хартли

Использование одного транзистора

Осциллятор Хартли — рабочий, проектирование с использованием операционного усилителя

Цепь осциллятора Хартли

Взаимная индуктивность осциллятора Хартли

с использованием операционного усилителя

Пример 1

Пример 2

Преимущества

Недостатки

Осциллятор Хартли: что это? (Частота и схема)

Что такое осциллятор Хартли?

— обзор

3.5.3.1 Общая информация

3.5.3.2 ГУН на основе дискретных компонентов

3.5.3.3 ГУН на базе ИС

a) Схема XR-2206

b) Схема LTC6990

c) Интегральная схема Motorola MC100EL1648 (1648)

Основы LC-генераторов и их измерение

Draw FET. Какая частота колебаний

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ