LC-автогенератор

В этом автогенераторе усилитель собран на полевом транзисторе и включен по схеме с общим истоком (рисунок 2.54). Звеном обратной связи является катушка L_c, включенная в стоковою цепь транзистора и индуктивно связанная с катушкой L_к резонансного контура L_к C_к. Первоначально колебания в автогенераторе возникают или из-за флуктуации тока в колебательном контуре, или при подаче напряжения питания. По этим причинам при условии, что эквивалентное активное сопротивления контура R_э < .

Рисунок 2.54 – LC-автогенератор

Появляются слабые колебания с частотой ω₀ = 1/ , которые при отсутствии «+» обратной связи прекратились бы из-за потерь энергии в контуре. Но при наличии «+» обратной связи этого не происходит. Т. к. появившееся напряжение на контуре усиливается транзистором. Эти колебания через катушку L_с индуктивно связанную с L_к, вновь возвращаются в колебательный контур. Размах колебаний постепенно возрастает, что соответствует условию |К| · |β| > 1. По мере роста амплитуды напряжение в цепи затвора транзистора из-за нелинейности его амплитудной характеристики (участок ab) коэффициент усиления начинает уменьшаться и произведение |К| · |β| = 1 (рисунок 2.55).

 

 

Рисунок 2.55 – Временная диаграмма и АХ автогенератора

 

При этом появляются колебания с постоянной и автоматически поддерживаемой на требуемом уровне амплитудой, что соответствует стационарному режиму работы автогенератора.

В автогенераторах широко применяется автоматическое смещение рабочей точки на характеристиках, которое позволяет выбрать необходимый режим усиления усилителя.

В данной схеме это осуществляется с помощью звена R_з C_з для создания «−» смещения U_з0 относительно истока.

При появлении «+» полуволны напряжения контура через затвор проходит ток i_з, который заряжает С_з. В результате на затворе появляется «−» потенциал относительно истока.

В «−» полупериод напряжение контура i_з и C_з разряжается через R_з, поддерживая на затворе «−» потенциал.

Если R_з C_з >> T (период автоколебаний), то C_з не будет успевать заметно разряжаться и напряжение смещения U_з0 будет постоянным. Выбрав R_з и C_з мы обеспечим работу автогенератора в требуемом режиме усиления.

Мы с вами рассмотрели схему, в которой LC-контур включен последовательно с транзистором. Этот тип автогенератора имеет существенное преимущество, заключающееся в том, что элементы LC-контура находятся под низким напряжением. Но такой генератор обладает небольшим КПД.

Большим КПД и большей мощностью генерируемых колебаний обладает автогенератор, где LC-контур включен параллельно с транзистором по отношению к источнику питания (рисунок 2.56). При этом элементы LC-контура находятся под более высоким напряжением, чем в рассмотренной схеме. Это приводит к тому, что конденсатор той же емкости надо выбирать большего размера. Чтобы избавиться от этого недостатка LC-контур включают через разделительный конденсатор C_р параллельно. С_р не пропускает постоянную составляющую тока в индуктивную катушку L_к. Дроссель L_р предотвращает короткое замыкание контура по переменной составляющей через источник питания E_с. Такой генератор называется генератором с параллельным питанием.

В LC-генераторах, ввиду зависимости L и C колебательного контура и параметров транзистора от температуры наблюдается зависимость от t° и частоты f. В условиях постоянства t° нестабильность частоты вызвана изменениями дифференциальных параметров транзистора в зависимости от изменения положения рабочей точки покоя усилительного каскада, что обуславливает необходимость его стабилизации.

Нестабильность частоты генераторов оценивают коэффициентом относительной нестабильности:

δ_f = ∆f / f · 100 %,

где ∆f – абсолютное отклонение частоты от номинального значения f.

Рисунок 2.56 – Генератор с параллельной питанием

 

 

Меры, повышающие стабильность частоты:

1. увеличение температурной стабилизации выбранного режима покоя усилительных каскадов;

2. применение специальных средств, компенсирующих температурные изменения частоты (например, введение в колебательный контур конденсаторов с зависимой от t° емкостью).

Наибольшая стабильность частоты с коэффициентом δ_f = 10^-3 / 10^-5 % достигается при использовании в генераторах кварцевого резонатора. Высокая стабильность частоты обуславливается тем, что кварцевый резонатор обладает высокой добротностью Q.

Разновидностью такого генератора является трехточечный автогенератор, который бывает двух типов:

- индуктивный трехточечный;

- емкостной трехточечный.

LC-контур в таких автогенераторах включается не двумя точками, как обычно, а тремя, что позволяет снимать сигнал обратной связи непосредственно с резонансного контура.