Генераторы с трансформаторной связью

Автогенераторы этого типа (LC-генераторы) содержат колебательный контур в цепи нагрузки усилителя или в цепи его обратной связи. Контур выполняет роль фильтра для выделения колебаний в узкой полосе частот.

Рассмотрим работу LC -генератора на полевом транзисторе с контуром в цепи стока и индуктивной обратной связью (рис. 3). На рис. 4 показаны диаграммы возбуждаемых в генераторе колебаний.

Рис. 3. LC-генератор на полевом транзисторе

Рис. 4. Диаграммы напряжений на генераторе и установка режима по постоянному току

После подключения источника питания в цепи стока появляется ток. Происходит заряд конденсатора С, и в контуре LC возникают колебания. В катушке связи индуцируется переменная ЭДС. Напряжение на стоке имеет фазовый сдвиг 180^о относительно напряжения на затворе. Учитывая это, в катушке связи также необходимо осуществить фазовый сдвиг 180^о, для чего ее включают встречно по отношению к первичной катушке колебательного контура.

Возникающее на катушке связи напряжение U_OC через конденсаторы C₁ и C₂ подводится к управляющему переходу транзистора и вызывает изменение тока стока.

При достаточно сильной положительной обратной связи амплитуда напряжения на контуре и амплитуда переменного напряжения на затворе возрастают. Амплитуда напряжения U_OC между затвором и общим проводом становится больше напряжения смещения и в цепи управляющего p-n-перехода появится прямой ток. Это приводит к дополнительной подзарядке конденсатора C₂ и увеличению напряжения смещения рабочей точки покоя «П», которая сдвигается в сторону больших отрицательных напряжений, усредняя колебания на затворе относительно общего провода.

В соответствии с изменением напряжения на затворе происходят изменения тока стока i_C . Пределы изменения тока стока, а, следовательно, и амплитуды выходного напряжения оказываются ограниченными.

R₁ служит ограничителем прямого тока через управляющий переход, а конденсатор C₁ - для соединения отвода катушки связи L_OC по переменному току с общим проводом. R₂ и C₂ образуют цепь смещения точки покоя «П».

На рис. 5 представлены схемы LC-генераторов на биполярных транзисторах с различными вариантами задания положения рабочей точки.

Рис. 5. LC-генераторы с установкой рабочей точки током базы (а)  с помощью ООС по току эмиттера (б)

Очень часто используются автогенераторы, в которых напряжение обратной связи снимается с части витков катушки колебательного контура.

На рис. 6 показана схема генератора, на которой коллектор непосредственно и эмиттер через конденсатор C₃ соединяются соответственно с началом и концом катушки контура L, а база через конденсатор С₁ - с отводом от витков катушки L_OC, являющихся продолжением основной катушки L. В связи с этим схему называют трехточечной с автотрансформаторной обратной связью или индуктивной трехточкой.

Рис. 6. LC-генераторы по схеме индуктивной трехточки: а - транзистор включен по схеме с ОЭ;  б - транзистор включен по схеме с ОБ.

Напряжение обратной связи может быть подано с конденсатора C_b делителя напряжения из двух последовательно включенных конденсаторов C_a и C_b в цепи контура (рис. 7). Общая емкость конденсаторов контура C = C_aC_b/(C_a+C_b). Эта схема называется емкостной трехточкой. Конденсатор C₂ препятствует прохождению постоянного тока по катушке L.

Рис. 7. LC-генераторы по схеме емкостной трехточки:

а - транзистор включен по схеме с ОЭ;

б - транзистор включен по схеме с ОБ

Кварцевые генераторы

Стабильность частоты LC-генераторов во многих случаях недостаточна. Она зависит от температурных коэффициентов индуктивности и емкости.

Существенно лучшая стабильность частоты генератора может быть достигнута при использовании кварцевых резонаторов, в которых энергия электрического поля преобразуется в энергию механических колебаний. Электрически кварцевый резонатор ведет себя как колебательный контур с высокой добротностью (рис. 8.).

Температурный коэффициент изменения его резонансной частоты очень мал. Практически достижимые значения нестабильности частоты кварцевого резонатора D f/f лежат в пределах от 10^-6 до 10^-10 .

Рис. 8. Кварцевый резонатор

Электрические параметры кварцевого резонатора хорошо описываются его схемой замещения (рис. 9).

Величины L и C определяются механическими свойствами кварцевой пластины. R - небольшое активное сопротивление, характеризующее затухание механических колебаний. С₀ - емкость электродов резонатора и подводящих проводов. Типовые значения этих параметров: L = 100 мГн; R = 100 Ом; С = 0.015 пФ; С₀ = 5 пФ.

Рис. 9. Эквивалентная схема кварцевого резонатора

Кварцевый резонатор имеет две точки резонанса - точку последовательного резонанса, которая определяется только механическими свойствами кварцевого кристалла, с резонансной частотой:

  ,.

и точку параллельного резонанса, которая более нестабильна, с частотой:

Часто бывает необходимо изменять частоту кварцевого резонатора в небольших пределах для того, чтобы получить требуемое значение частоты. Для этого последовательно с резонатором включают конденсатор, емкость которого велика по сравнению с собственной емкостью С (рис. 10).

Рис. 10. Подстройка резонансной частоты кварцевого резонатора при последовательном резонансе

Частота последовательного резонанса в этом случае будет определяться как:

Относительное изменение частоты при этом составляет:

Для возникновения колебаний в генераторе с кварцевым резонатором необходимо, чтобы колебательный контур был настроен на частоту кварцевого резонатора или частоту, кратную частоте кварцевого резонатора (рис. 11).

Рис. 11. LC-генератор с кварцевым резонатором