Принцип работы генератора электромагнитных колебаний на транзисторе

Рассмотрим принцип работы генератора незатухающих колебаний на транзисторе.

В схеме (рис.7) используется транзистор p-n-p типа (лабораторная работа № 11). При подключении источника питания на эмиттер такого транзистора подается обязательно положительный потенциал.

На одном каркасе намотаны несколько катушек индуктивности. Основные - это катушка колебательного контура L_KК и катушка связи - L_CВ, подключенная одним концом к базе транзистора. Первое условие работы генератора - достаточно сильная связь между катушкой связи и катушкой контура.

 

 

Рис.7

К базе и коллектору транзистора подключен переменный резистор. Поворотом регулировочной ручки этого резистора выбирается рабочая точка на характеристике транзистора. При правильном выборе рабочей точки можно добиться идеальной синусоиды полученного переменного тока.

Второе условие работы генератора - восполнение энергии за один период не может быть меньше потерь энергии. Выполнение этого условия обеспечено самой конструкцией генератора.

Третье условие - выполнение фазовых соотношений. При подключении генератора к источнику питания ток идет через катушку L_КК, индуктивное сопротивление X_L = wL_КК будет большое, соответственно напряжение на катушке тоже будет большое. Конденсатор контура С_КК включен параллельно катушке, потому он зарядится до максимального напряжения. В колебательном контуре возникнут электрические колебания. Магнитное поле катушки L_КК пронизывает катушку связи L_CВ и вызывает появление ЭДС в этой катушке. Катушка связи подключена к эмиттеру и базе транзистора, у которого первый p-n переход включен в прямом направлении. Если напряжение от катушки связи будет подано так, что на эмиттере будет плюс, а на базе минус, то транзистор откроется, а в противном случае закроется. Таким образом, сам колебательный контур с помощью катушки связи и транзистора может включать и выключать в нужном режиме источник питания. На этом основано пополнение убыли энергии в колебательном контуре.

Такое соотношение между токами в колебательном контуре и знаками ЭДС на катушке связи будет являться третьим условием работы генератора незатухающих колебаний.

Если генератор не заработал, то достаточно на основании третьего условия переключить концы катушки связи.

Таким образом, при выполнении указанных условий работы генератора, в схеме, представленной на рис.7, в течение периода колебаний происходят следующие изменения тока, заряда и напряжения.

Первая четверть периода. Положительно заряженная пластина конденсатора, соединенная с коллектором, разряжается. Ток в колебательном контуре возрастает до максимального значения . В катушке связи возникает индукционный ток такого направления, что база имеет отрицательный потенциал относительно эмиттера. Переходы база - коллектор и эмиттер - база прямые. Транзистор открыт. Энергия от источника поступает через транзистор в колебательный контур (ключ замкнут).

Вторая четверть периода. Ток в контуре убывает. Верхняя пластина заряжается отрицательно. В катушке связи ток меняет направление. На базе положительный потенциал. Переход коллектор - база обратный. Тока в цепи нет (ключ разомкнут).

Третья четверть периода. Конденсатор разряжается. Ток растет до максимального значения, направлен от нижней к верхней пластине. В катушке связи ток направлен так, что база получает положительный потенциал. Переход база - коллектор обратный. Тока в цепи нет (ключ разомкнут).

Четвертая четверть периода. Ток в контуре, не меняя направления, убывает. Верхняя пластина заряжается положительно. В катушке связи ток меняется по направлению. Заряд на базе отрицательный. Переходы база - коллектор и эмиттер - база прямые. Энергия поступает от источника в колебательный контур (ключ замкнут).