Lc генератор принцип работы схемы область применения

Генераторы: ёмкостная трёхточка, индуктивная трёхточка, а также
LC-генераторы на транзисторах, работающих в барьерном режиме.
Принципиальные схемы, онлайн калькуляторы для расчёта элементов генераторов.

Целью нашей сегодняшней тактической подготовки будет сопровождение целей под названием «Высокочастотные автогенераторы на LC-цепях».
Содержание учений включает организованное выдвижение сил с массированными ударами и групповыми манёврами. Общее направление манёвров — расчёт частотозадающих цепей, ёмкостных делителей и режимов работы схем транзисторных LC генераторов и гетеродинов.

Для начала определимся с доктриной: «Генератор (гетеродин) — жизненно важный орган любого передатчика или радиоприёмника. От того, насколько спектрально чисто и стабильно он работает, зависят основные параметры приёмо-передающих трактов».

Обсуждаемые на этой странице генераторы, использующие комбинацию индуктивности L и ёмкости C, называемые LC-генераторами, весьма полезны при необходимости поиметь в радиолюбительском хозяйстве перестраиваемый по частоте аналоговый генератор, т.е. генератор без применения цифровых и микропроцессорных излишеств.

Приведём схемы основных разновидностей LC-генераторов.

Схема, приведённая на Рис.4, является модификацией предыдущей схемы.
Дополнительная цепь стабилизации С2 D1, детектирует поступающие на затвор колебания и создаёт отрицательное смещение при возрастании их амплитуды. Это смещение, в свою очередь, сдвигает рабочую точку транзистора на участок характеристики с меньшей крутизной, и усиление уменьшается.
Значение номинала конденсатора С* следует подбирать при настройке, исходя из минимальной величины, при которой сохраняется устойчивая работа генератора во всём интересующем нас диапазоне.

Граничная частота передачи транзисторов, применяемых во всех схемах транзисторов должна быть в 5 (а лучше в 10) раз выше генерируемой частоты.

Сигнал с максимальной амплитудой и минимальным количеством гармоник следует снимать с верхнего по схеме вывода катушки индуктивности (с нижнего для Рис.2) посредством каскада с высоким входным сопротивлением (предпочтительно на полевом транзисторе).

Перейдём к расчётам элементов генераторов и начнём с определения значений ёмкостей конденсаторов, определяющих глубину положительной обратной связи в схемах ёмкостных трёхточек.
Оказалось, что посчитать эти значения теоретически не так уж и просто. Похоже, информация эта схоронилась в секретных лабораториях ЦРУ и Пентагона, а потому поначалу было решено действовать по старинке — воспользоваться заведомо рабочей схемой и масштабировать значения ёмкостей пропорционально изменению диапазона частот генерации.
— Я знаю! — похлопал меня по плечу седовласый старик, протягивая мне жёлтую книжицу «Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. М, Мир, 1990.»
— Спасибо, дядя Эрик, — стыдливо промямлил я, вспоминая, сколько же раз перелистовал её в поисках нужной информации, а вот так, чтобы внимательно, от корки до корки, как-то не задалось.

Всё оказалось довольно просто: f≈[0,1-200] МГц ; XC3≈XC4≈50 Ом ; XC2≈100 Ом , (см. Рис.1), где XC — реактивные сопротивления конденсаторов на частоте генерации. Вот теперь можно смело переходить к расчётам.

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА КОНДЕНСАТОРОВ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ЁМКОСТНЫХ ТРЁХТОЧЕК.

Если предполагается, что генератор должен выполнять функцию перестраиваемого по частоте гетеродина, то в качестве частоты генерации F следует выбирать среднюю частоту диапазона перестройки.
Не стоит рассчитывать, что данные типы генераторов обеспечат значительную величину этого диапазона. Как правило, фазовый баланс при выбранных значениях ёмкостного делителя обеспечивает устойчивую работу устройства в пределах октавного изменения (в 2 раза) рабочих частот.

Теперь осталось только рассчитать значения контурных конденсаторов С1. Причём, если для схем, приведённых на Рис.(3-5) всё просто — F= 1/2π√ LС , то для ёмкостных трёхточек (Рис.1-2) в качестве частотозадающей ёмкости С выступает параллельно-последовательное соединение нескольких конденсаторов С1-С4 (Рис.1), либо С1-С3 (Рис.2).

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА НОМИНАЛА КОНТУРНОГО КОНДЕНСАТОРА С1.

Если в схеме отсутствует тот или иной элемент — оставляйте соответствующие поля незаполненными.

Приведённые расчёты являются приблизительными, так как не учитывают влияний паразитных ёмкостей: катушек, монтажа и переходов полупроводников.

LC-генераторы, RC-генераторы

Генераторы синусоидальных колебаний выполняют с колебательным LC-контуром и частотно-зависимыми RC-цепями. LC-генераторы предназначены для генерирования сигналов высокой частоты (свыше нескольких десятков килогерц), а RC-генераторы используются на низких частотах (вплоть до единиц герц).

Генераторы LC-типа основаны на использовании избирательных LC-усилителей, обладающих узкой полосой пропускания. Условия для генерирования синусоидальных колебаний (8.1) и (8.2) создаются для частоты настройки f0 колебательного контура, когда его сопротивление является чисто активным. Предпосылкой выполнения соотношения (8.1) для частоты f0 служит изменение фазового сдвига jу, вносимого усилителем при отклонении частоты от резонансной, так как сопротивление резонансного контура перестает быть активным и приобретает реактивный (индуктивный или емкостный) характер. Справедливость соотношения (38) для резонансной частоты обусловливается максимальным значением коэффициента усиления на частоте f0.

Схемная реализация LC-генераторов достаточно разнообразна. Они могут отличаться способами включения в усилитель колебательного LC-контура и создания положительной обратной связи. Одна из схем LC-генераторов приведена на рис. 8.2.

Усилительный каскад выполнен на транзисторе VT, включенном по схеме ОЭ. Элементы R1, R2, Rэ, Сэ предназначены для задания режима покоя и температурной стабилизации. Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора через разделительный конденсатор Ср2.

Параметрами колебательного контура являются емкость конденсатора С и индуктивность первичной обмотки w1 трансформатора. Сигнал обратной связи снимается с вторичной обмотки w2, индуктивно связанной с обмоткой w1, и через разделительный конденсатор Ср1 подается на вход транзистора. Необходимая фазировка напряжения обратной связи достигается соответственным подключением концов вторичной обмотки. Соотношение чисел витков первичной и вторичной обмоток w1/w2 >1.

Если принять индуктивную связь М обмоток w1 и w2 идеальной, то для обеспечения баланса амплитуд необходимо, чтобы коэффициент передачи тока транзистора β в точке покоя удовлетворял соотношению β ≥ w1/w2.

Частота f генерируемых колебаний близка к резонансной частоте колебательного контура

Зависимость параметров L и С и параметров транзистора от температуры приводит к температурной зависимости частоты f. В условиях постоянства температуры нестабильность частоты вызвана изменением дифференциальных параметров транзистора от изменения положения точки покоя усилительного каскада.

Нестабильность частоты генераторов оценивают коэффициентом относительной нестабильности df = Df/f *100 %, где Df – абсолютное отклонение частоты от номинального значения f. Коэффициент относительной нестабильности частоты транзисторных LC-генераторов без принятия специальных добавочных мер стабилизации составляет единицы процента. Наибольшая стабильность частоты с коэффициентом df = (10 -3 ¸ 10 -5 ) % достигается при использовании в генераторах кварцевого резонатора.

Генераторы LC-типа реализуют в виде гибридных интегральных микросхем, в которых реактивные элементы L и C применяют в качестве навесных.

Генераторы на частоты ниже нескольких десятков килогерц строят с помощью частотно-зависимых RC-цепей. В качестве усилительного звена обычно используют операционные усилители в интегральном исполнении. Схемы генераторов на ОУ приведены на рис. 8.3.

Принцип работы простейшего RC-генератора синусоидальных колебаний (рис. 8.3, а) заключается в том, что на определенной частоте фазовый сдвиг трех звеньев RC-цепи составляет jw = 180°.

Если такую цепь включить между выходом и инвертирующим входом ОУ, то общий фазовый сдвиг будет равен 360°, т.е. образуется положительная обратная связь. Частоту f0, при которой угол jw = 180°, называют квазирезонансной. С параметрами R и C (R1 = R2 = R3||R0 = R, C1 = C2 = C3 = C) она связана соотношением

Такая цепочка ослабляет сигнал в 29 раз, поэтому для создания устойчивых колебаний необходимо, чтобы усилитель имел коэффициент усиления К ≥ 29. Тогда будет выполняться условие баланса амплитуд |Ќ||ẁ| ≥ 1. Эту задачу решают выбором сопротивлений резисторов R0 и Rос (К = Rос/R0 ≥ 29).

Из RC-цепей, не осуществляющих сдвига по фазе передаваемого сигнала на квазирезонансной частоте, наибольшее распространение получила схема моста Вина. Схема генератора синусоидальных колебаний на ОУ с мостом Вина показана на рис. 8.3, б. Звено частотно-зависимой обратной связи C1, R1, C2, R2 (мост Вина) включено между выходом и прямым входом ОУ. Элементы R0 и Rос предназначены для получения требуемого коэффициента усиления усилительного звена.

На частоте генерации f0 коэффициент передачи моста Вина w = 1/3, поэтому самовозбуждение генератора возможно при К > 3. Для неинвертирующего усилителя, который применяется в данной схеме, это соответствует выбору Rос /R0 ≥ 3.

Частота генерации в схеме равна квазирезонансной частоте звена частотно-зависимой цепи (моста Вина) и определяется из соотношения

Необходимая амплитуда колебаний достигается корректировкой сопротивления R0 или Rос в процессе настройки схемы.

Применение ОУ с глубокой отрицательной обратной связью создает высокую стабильность параметров усилительного звена в RC-генераторах. В связи с этим температурная нестабильность частоты генераторов на операционных усилителях определяется преимущественно зависимостью от температуры параметров элементов RC-звена обратной связи. В зависимости от типа используемых элементов в таких генераторах df = ±(0,1 ¸ 0,3) %.

Принцип работы транзисторного генератора типа – LC

Любой генератор типа должен содержать:

— колебательную систему, в которой возбуждаются незатухающие колебания;

— источник электрической энергии;

— активный элемент (транзистор);

В результате обмена энергией между конденсатором и катушкой в контуре возникают свободные затухающие колебания с частотой

Переменный ток контура, проходя через катушку , создает вокруг нее переменное напряжение той же частоты.

Это напряжение вызывает пульсацию тока коллектора, в котором появляется переменная составляющая. Переменная составляющая тока восполняет потери в контуре, создавая на нем усиленное транзистором переменное напряжение, рост коллекторного тока ограничен режимом насыщения, а рост напряжения ограничен сопротивлением потерь в контуре.

Поскольку резонансное сопротивление контура носит чисто активный характер

, где — характеристическое сопротивление контура, то сдвиг фаз между напряжением на входе и выходе будет составлять 180 0 , напряжение наводимое на , должно равняться и только в этом случае ;

Для рассматриваемой схемы коэффициент усиления составляет:

Учитывая, что усилитель охваченной ПОС входит в режим генерации при условии


источники:

https://dmsht.ru/lc-generator-printsip-raboty-shemy-oblast-primeneniya