Отже, найголовніший блок будь-якого передавача – це генератор. Від того, наскільки стабільно і точно працює генератор, залежить, чи зможе хтось упіймати переданий сигнал і нормально його приймати. В інтернеті валяється просто безліч різних схем жучків, в яких використовуються різні генератори. Нині ми трохи класифікуємо все це.
Номінали деталей всіх наведених схем розраховані з огляду на те, що робоча частота схеми становить 60…110 МГц (тобто, перекриває наш улюблений УКХ-диапазон).
"Класика жанру".
Транзистор включений за схемою із загальною базою. Резисторний дільник напруги R1-R2 створює з урахуванням зміщення робочої точки. Конденсатор C3 шунтує R2 за високою частотою.
R3 включений в емітерний ланцюг для обмеження струму, що протікає через транзистор.
Конденсатор C1 і котушка L1 утворюють частотний коливальний контур.
Кондер C2 забезпечує позитивний зворотний зв'язок (ПОС), необхідну для генерації.
Механізм генерації
Спрощено схему можна так:
Замість транзистора ми ставимо якийсь «елемент із негативним опором». По суті – підсилювальний елемент. Тобто струм на його виході більше, ніж струм на вході (так хитро).
До входу цього елемента підключено коливальний контур. З виходу елемента цей же коливальний контур подано зворотний зв'язок (через кондер C2). Таким чином, коли на вході елемента струм збільшується (відбувається перезаряджання контурного конденсатора), струм збільшується і на виході. Через зворотний зв'язок, він подається назад на коливальний контур - відбувається "підживлення". В результаті, в контурі устаканюються незатухаючі коливання.
Все виявилося простіше пареної ріпи (як завжди).
Різновиди
У безкрайньому інеті можна ще зустріти таку реалізацію цього ж генератора:
Схема називається "ємнісна триточка". Принцип роботи – той самий.
У всіх цих схемах згенерований сигнал можна знімати безпосередньо з колектора VT 1, або використовувати для цього котушку зв'язку, пов'язану з контурною котушкою.
Цю схему вибираю я і раджу вам.
R1 – обмежує струм генератора
R2 - задає зсув бази
C1, L1 – коливальний контур
C2 – конденсатор ПІС
Котушка L1 має відвід, якого підключений емітер транзистора. Цей відвід повинен бути розташований не рівно посередині, а ближче до «холодного» кінця котушки (тобто з'єднаний з проводом живлення). Крім того, можна взагалі не робити відведення, а намотати додаткову котушку, тобто зробити трансформатор:
Ці схеми ідентичні.
Механізм генерації:
Для розуміння того, як працює такий генератор, розглянемо саме другу схему. При цьому, ліва (за схемою) обмотка буде вторинною, права – первинною.
Коли верхній обкладці C1 збільшується напруга (тобто, струм у вторинної обмотці тече «вгору»), то базу транзистора через конденсатор зворотний зв'язок C2 подається відкриваючий імпульс. Це призводить до того, що транзистор подає первинну обмотку струм, цей струм викликає збільшення струму у вторинній обмотці. Відбувається підживлення енергією. Взагалі - все теж досить просто.
Різновиди.
Моє невелике ноу-хау: можна поставити між загальним та базою діод:
Сигнал у всіх цих схемах знімаємо з емітера транзистора або через додаткову котушку зв'язку безпосередньо з контуру.
Двотактний генератор для лінивих
Найпростіша схема генератора, яку мені доводилося коли-небудь бачити:
У цій схемі легко вловлюється схожість із мультивібратором. Я вам скажу більше – це і є мультивібратор. Тільки замість ланцюжків затримки на конденсаторі та резисторі (RC-ланцюги), тут використовуються котушки індуктивності. Резистор R1 встановлює струм через транзистори. Крім того, без нього генерація просто не піде.
Механізм генерації:
Припустимо, VT1 відкривається, через L1 тече колекторний струм VT1. Відповідно, VT2 закритий, через L2 тече відкриває базовий струм VT1. Але оскільки опір котушок разів у 100…1000 менше опору резистора R1, то на момент повного відкриття транзистора, напруга ними падає дуже малого значення, і транзистор закривається. Але! Оскільки до закриття транзистора через L1 тек великий колекторний струм, то в момент закриття відбувається викид напруги (ЕРС самоіндукції), який подається на базу VT2 відкриває його. Все починається по новій, тільки з іншим плечем генератора. І так далі…
Цей генератор має лише один плюс – простота виготовлення. Інші – мінуси.
Оскільки в ньому відсутня чітка ланка, що час задає (коливальний контур або RC-ланцюг), то частоту такого генератора розрахувати дуже складно. Вона залежатиме від властивостей застосовуваних транзисторів, від напруги живлення, температури і т.д. Загалом, у серйозних речах цей генератор краще не використовувати. Однак, у діапазоні НВЧ його застосовують досить часто.
Двотактний генератор для працьовитих
Інший генератор, який ми розглянемо – також двотактний. Однак, він містить коливальний контур, що робить його параметри більш стабільними та прогнозованими. Хоча, по суті, він також досить простий.
Що ми тут бачимо?
Досвідчене око (та й не дуже досвідчене), виявить і в цій схемі схожість з мультивібратором. Ну що ж, воно так і є!
Чим примітна дана схема? Та тим, що через використання двотактного включення, вона дозволяє розвивати подвійну потужність, в порівнянні зі схемами 1-тактних генераторів, при тій же напрузі живлення та за умови застосування тих самих транзисторів. ВО як! Ну, загалом, у неї майже немає недоліків:)
Механізм генерації
При перезаряді конденсатора в одну або іншу сторону, через один із конденсаторів зворотного зв'язку надходить струм на відповідний транзистор. Транзистор відкривається і додає енергію в «потрібному» напрямку. Ось і вся премудрість.
Особливо витончених варіантів виконання цієї схеми я не зустрічав.
Тепер трохи креативу.
Генератор на логічних елементах
Якщо використання транзисторів у генераторі здається вам несучасним чи громіздким чи неприпустимим із релігійних міркувань – вихід є! Можна використовувати замість транзисторів мікросхеми. Зазвичай використовується логіка: елементи НЕ, І-НЕ, АБО-НЕ, рідше - Виключає АБО. Взагалі кажучи, потрібні тільки елементи НЕ, решта - надмірності, тільки погіршують швидкісні параметри генератора.
Бачимо страшну схему.
Квадратики з дірочкою у правому боці – це інвертери. Ну чи – «елементи НЕ». Дірочка вказує на те, що сигнал інвертується.
Що таке елемент НЕ з погляду банальної ерудиції? Ну, тобто з погляду аналогової техніки? Правильно, це підсилювач із зворотним виходом. Тобто, при збільшеннінапруги на вході підсилювача, напруга на виході пропорційна зменшується. Схему інвертера можна зобразити приблизно так (спрощено):
Це, звичайно, занадто просто. Але частка правди у цьому є.
Втім, нам поки що це не так важливо.
Отже, дивимось схему генератора. Маємо:
Два інвертери (DD1.1, DD1.2)
Резистор R1
Коливальний контур L1 C1
Зауважте, що коливальний контур у цій схемі – послідовний. Тобто конденсатор і котушка стоять один за одним. Але це все одно коливальний контур, він розраховується за тими ж формулами, і нітрохи не гірше (і не краще) свого паралельного побратима.
Почнемо спочатку. Навіщо нам потрібний резистор?
Резистор створює негативний зворотний зв'язок (ООС) між виходом та входом елемента DD1.1. Це треба для того, щоб контролювати коефіцієнт посилення - це раз, а також - щоб створити на вході елемента початкове зміщення - це два. Як це працює, докладно ми розглянемо десь в навчальній по аналоговій техніці. Поки що усвідомимо, що завдяки цьому резистору, на виході та вході елемента, без вхідного сигналу, устаканивается напруга, що дорівнює половині напруги живлення. Точніше – середнього арифметичного напруження логічних «нуля» та «одиниці». Не будемо поки що на цьому морочитися, у нас ще багато справ.
Отже, на одному елементі ми отримали підсилювач, що інвертує. Тобто підсилювач, який «перевертає» сигнал нагору ногами: якщо на вході багато – на виході мало, і навпаки. Другий елемент служить для того, щоб зробити цей підсилювач неінвертуючим. Тобто він перевертає сигнал ще раз. І в такому вигляді посилений сигнал подається на вихід, на коливальний контур.
Ану, дивимося уважно на коливальний контур? Як він увімкнений? Правильно! Він включений між виходом та входом підсилювача. Тобто він створює позитивний зворотний зв'язок (ПОС). Як ми вже знаємо з розгляду попередніх генераторів, ПІС потрібна для генератора, як валеріанка для кота. Без ПІС жоден генератор не зможе що? Правильно – збудитись. І розпочати генерацію…
Всі напевно знають таку річ: якщо до входу підсилювача підключити мікрофон, до виходу – динамік, то при піднесенні мікрофона до динаміка починається неприємний «свист». Це – ні що інше як генерація. Ми подаємо сигнал з виходу підсилювача на вхід. Виникає ПІС. Як наслідок, підсилювач починає генерувати.
Ну, коротше, за допомогою LC-ланцюжка в нашому генераторі створюється ПІО, що призводить до збудження генератора на резонансній частоті коливального контуру.
Ну що складно?
Якщо(складно)
{
чешем (ріпу);
читаємо ще раз;
}
Тепер поговоримо про різновиди подібних генераторів.
По-перше, замість коливального контуру можна включити кварц. Вийде стабілізований генератор, який працює на частоті кварцу:
Якщо ланцюг ОС елемента DD1.1 включити замість резистора коливальний контур – можна завести генератор на гармоніках кварцу. Для отримання будь-якої гармоніки потрібно, щоб резонансна частота контуру була близька до частоти цієї гармоніки:
Якщо генератор робиться з елементів І-НЕ або АБО-НЕ, входи цих елементів потрібно запаралелити, і включати як звичайний інвертор. Якщо використовуємо Виключне АБО, то один із входів кожного елемента садиться на + живлення.
Пара слів про мікросхеми.
Переважно використовувати логіку ТТЛШ або швидкодіючий КМОП.
Серії ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Наприклад, мікросхема К1533ЛН1- 6 інверторів.
Серії КМОП: КР1554, КР1564(74 AC, 74 HC), наприклад - КР1554ЛН1
На крайній випадок – стара добра серія К155(ТТЛ). Але її частотні параметри залишають бажати кращого, тож – я не став би використовувати цю логіку.
Розглянуті тут генератори - далеко не все, що можуть зустрітися вам у цьому нелегкому житті. Але знаючи основні принципи роботи цих генераторів, буде набагато простіше зрозуміти роботу інших, приборкати їх і змусити працювати на себе:)
Складається з 3.5 деталей і видає кілька ват потужності на частоті 400-500 мегагерц, достатніх для того, щоб засвічувати газорозрядні прилади типу неонок, злегка обпалювати пальці і повідомляти про себе частотомірів.
За наявності правильних транзисторів, розуміння методик складання ВЧ плат і деякому везенні можна значно посилити цю конструкцію, піднявши потужність до 40-50 Вт на тій же частоті.
Транзистори, які працюють на таких частотах і потужностях, вже значно відрізняються від звичних багатьом читачам мого скромного блогу триногих TO-247, TO-220 та інших корпусів, так само як і від «цегли». Форма їхнього корпусування значною мірою диктується поведінкою сигналів на високих частотах. Зазвичай це квадрат або прямокутник, характерного білого відтінку, з розташованими з двох або чотирьох сторін позолоченими висновками досить великої товщини. Коштують ці транзистори також значно дорожче за силові інверторні, причому ціна зростає пропорційно як потужності, так і частоті, і може доходити до сотень доларів за штуку і вище.
Для даної конструкції ВЧ транзистор з маркуванням MRF 6522-70 був акуратно випаяний з демонтованої плати GSM базової станції. Як неважко помітити по даташиту, він може видавати до 70 ват на частоті 900 мегагерц. Однак, для введення його в такий режим необхідно досить ретельно спроектувати плату - всі ці характерні для високих частот вигини доріжок, гальванічно нікуди не підключені шматки фольги та інші дивні виверти, що здаються не особливо осмисленими, але на ділі, що впливають на поведінку сигналу, тут вже зовсім необхідні. А на менших потужностях і частотах на них можна забити та зробити плату банальним методом гравіювання прорізів.
Принципових відмінностей конструкції від згадуваного немає. Хіба що як резонатор взято дві мідні смуги, певної довжини і розмірів (відстань між ними, їх ширина і довжина визначають L і С резонансного автогенераторного контуру - вони самі собі і індуктивність, і ємність).
Генератор споживає на вході 18 вольт зі струмом до 4 ампер, і досить відчутно розігріває радіатор. Примусове охолодження є необхідним його роботи, враховуючи ККД в 50-60%. Крім радіатора, досить непогано нагріваються пальці, якщо піднести їх ближче до мідного резонатора. Принцип нагрівання тут той самий, що у продуктів у мікрохвильовій печі (що переконливо спростовує бредні про резонансні явища в молекулах води, які нібито відбуваються на її робочій частоті). Якщо підпалити факел на кінці резонатора, то він успішно утримується там тривалий час — маленька кулька плазми, що світиться, з розмитими краями, діаметром в 3-5 міліметрів.
Схема генератора додається:
Але найцікавіше, заради чого я взагалі почав все це розповідати, це явища, що відбуваються з розрідженими газами на таких частотах. Поведінка плазмового джгута починає різко відрізнятися від стандартних вигинів, характерних для частот в десятки і сотні кілогерців, які я використовував раніше (при роботі з качером і т. д.). Досить довго описувати за допомогою тексту всі відмінності, досить просто переглянути галерею зображень і відео. Найбільш цікавим чином поводяться, звичайно, ксенон, криптон та їх суміші з добавками. Вражаючі поєднання відтінків, форм і рухів створюють відчуття, що в пляшці чи колбі жива істота, яка приїхала до нас прямо з міфології Лавкрафта або чогось подібного. Щупальці, присоски, різкі і водночас плавні рухи, зеленувато-примарні відтінки начебто жива ілюстрація до розповідей про Ктулху та інших мешканців глибин.
Всі чотири відео вкрай заслуговують на перегляд. Дуже рекомендую.
РадіоСвіт 2008 №9
Пропонований ВЧ-генератор є спробою замінити громіздкий промисловий Г4-18А малогабаритним і надійним приладом. Зазвичай при ремонті та налагодженні КВ-апаратури необхідно "укласти" КВ-діапазони за допомогою LC-контурів, перевірити проходження сигналу по ВЧ- та ПЧ-тракту, налаштувати окремі контури в резонанс і т.д. Чутливість, вибірковість, динамічний діапазон та інші важливі параметри КВ-пристроїв визначаються схемотехнічними рішеннями, тому для домашньої лабораторії не обов'язково мати багатофункціональний і дорогий ВЧ-генератор. Якщо генератор має досить стабільну частоту з "чистою синусоїдою", значить він підходить радіоаматору. Звичайно, вважаємо, що до арсеналу лабораторії також входять частотомір, ВЧ-вольтметр і тестер. На жаль, більшість випробуваних мною схем ВЧ-генераторів КВ-діапазону видавало дуже спотворену синусоїду, покращити яку без невиправданого ускладнення схеми не вдавалося. ВЧ-генератор, зібраний за наведеною на рис.1 схемою, зарекомендував себе дуже добре (виходила практично чиста синусоїда у всьому КВ-діапазоні). За основу взято схему з . У моїй схемі замість налаштування контурів варикапом застосовано КПЕ, а індикаторна частина схеми не використовується.
Рис.1Схема ВЧ-генератора
У цій конструкції використаний конденсатор змінної ємності типу КПВ-150 та малогабаритний перемикач діапазонів ПМ (11П1Н). З даними КПЕ (10...150 пФ) та котушками індуктивності L2...L5 перекривається ділянка КВ-діапазону 1,7...30 МГц. Під час роботи над конструкцією були додані ще три контури (L1, L6 і L7) на верхній і нижній ділянки діапазону. В експериментах із КПЕ ємністю до 250 пФ весь КВ-діапазон перекривався трьома контурами. ВЧ-генератор зібраний на друкованій платі з фольгованого склотекстоліту товщиною 2 мм та розмірами 50x80 мм (рис.2). Доріжки та монтажні "п'ятачки" вирізані ножем та різаком. Фольга навколо деталей не видаляється, а використовується замість "землі". На малюнку друкованої плати для наочності ці ділянки фольги умовно показано. Звичайно, можна виготовити і друковану плату, наведену в .
Рис.2Плата
Вся конструкція генератора разом з блоком живлення (окрема плата зі стабілізатором напруги на 9 В за будь-якою схемою) розміщена на алюмінієвому шасі і поміщена в металевий корпус відповідних розмірів. Я використовував касету від старої апаратури розмірами 130x150x90 мм. На передню панель виводяться ручка перемикача діапазонів, ручка налаштування КПЕ, малогабаритний роз'єм ВЧ (50-Омний) і світлодіодний індикатор включення в мережу. При необхідності можна встановити регулятор вихідного рівня (змінний резистор опором 430...510 Ом) та атенюатор з додатковим роз'ємом, а також шкалу, що прогороджує. Як каркаси котушок контурів використані уніфіковані секційні каркаси СВ і ДВ діапазонів від застарілих радіоприймачів. Кількість витків кожної котушки залежить від ємності використовуваного КПЕ і спочатку береться із запасом. При налагодженні ("укладання" діапазонів) генератора частина витків відмотується. Контроль ведеться за частотоміром. Котушка індуктивності L7 має феритовий сердечник М600-3 (ПН) Ш2, 8х14. Екрани на котушки контурів не встановлюються. Намотувальні дані котушок, межі піддіапазонів та вихідні рівні ВЧ-генератора наведені в таблиці.
| №№ п/п | Діапазон, МГц | Котушка | Кількість витків | Провід (діаметер, мм) | Каркас, сердечник | Вихідний рівень, |
| 1 | 80...30 | L1 | 5 | ПЕВ-2 (1,0) | Безкаркасна діаметром 6 мм. L=12 мм | 0,4...0,6 |
| 2 | 31...16 | L2 | 12 | ПЕВ-2 (0,6) | Керамічний діаметром 6 мм, L=12 мм | 1,1...1,2 |
| 3 | 18...8 | L3 | 3x15 | ПЕЛ (0,22) | Уніфікований 3-секційний |
1,5...1,6 |
| 4 | 8,1...3,6 | L4 | 3x35 | ПЕЛ (0,22) | -=- | 1,7...1,9 |
| 5 | 3,8...1,7 | L5 | 3x55 | ПЕЛ (0,22) | -=- | 1,9...2,0 |
| 6 | 1,75...0,75 | L6 | 3x75 | ПЕЛ (0,22) | -=- | 1,8...2,2 |
| 7 | 1,1...0,46 | L7 | 4x90 | ПЕЛ (0,15) | Уніфікований 4-секційний |
1,7...2,2 |
У схемі генератора, крім зазначених транзистори, можна застосувати польові КП303Е(Г), КП307 і біполярні ВЧ-транзистори BF324, 25С9015, ВС557 і т.д. Блокувальні ємності бажано використовувати малогабаритні імпортні. Конденсатор зв'язку С5 ємністю 4,7...6,8 пФ - типу КМ, КТ, КА з малими втратами ВЧ. Як КПЕ дуже бажано використовувати високоякісні (на шарикопідшипниках), проте вони дефіцитні. Більше доступні регулювальні КПЕ типу КПВ з максимальною ємністю 80...150 пФ, але вони легко ламаються і мають помітний "гістерезис" при обертанні вперед і назад. Тим не менш, при жорсткому монтажі, якісних деталях і прогріві генератора протягом 10...15 хвилин можна домогтися "догляду" частоти не більше 500 Гц на годину на частотах 20...30 МГц (при стабільній температурі в приміщенні). Форма сигналу та вихідний рівень виготовленого ВЧ генератора перевірялися по осцилографу С1-64А. На заключному етапі налагодження всі котушки індуктивності (крім L1, яка припаяна одним кінцем до корпусу), закріплюються клеєм поблизу перемикача діапазонів і КПЕ.
Література:
1. Короткохвильовий ГІР - Радіо, 2006 №11, С.72.
О.ПЕРУЦЬКИЙ, м.Бендери, Молдова.
У пропонованій книзі розглядаються особливості схемотехнічних рішень, які застосовуються при створенні мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв. У відповідних розділах наводиться інформація про принципи дії та особливості функціонування окремих вузлів та каскадів, принципові схеми, а також інші відомості, необхідні при самостійному конструюванні простих радіопередавачів та радіомікрофонів. Окрема глава присвячена розгляду практичних конструкцій транзисторних мікропередавачів для систем зв'язку малого радіусу дії.
Книга призначена для радіоаматорів-початківців, що цікавляться особливостями схемотехнічних рішень вузлів і каскадів мініатюрних транзисторних радіопередавальних пристроїв.
У розглянутих раніше схемотехнічних рішеннях LC-генераторів як активний елемент використовувався біполярний транзистор. Однак при розробці мініатюрних радіопередавачів та радіомікрофонів широко застосовуються схеми активних елементів, виконаних на польових транзисторах. Головна перевага польових транзисторів, часто званих канальними або уніполярними, полягає у високому вхідному опорі, порівнянному з вхідним опором електронних ламп. Особливу групу складають польові транзистори з ізольованим затвором.
По змінному струму польовий транзистор активного елемента високочастотного генератора може бути включений із загальним джерелом, із загальним затвором або із загальним стоком. При розробці мікропередавачів частіше використовуються схемотехнічні рішення, в яких польовий транзистор змінного струму включений за схемою із загальним стоком. Така схема включення польового транзистора аналогічна до схеми включення із загальним колектором для біполярного транзистора. В активному елементі, виконаному на польовому транзисторі, включеному за схемою із загальним стоком, навантаження підключено до ланцюга витоку транзистора, а вихідна напруга знімається з витоку по відношенню до шини корпусу.
Коефіцієнт посилення по напрузі такого каскаду, часто званого джерелом витікання, близький до одиниці, тобто вихідна напруга практично дорівнює вхідному. При цьому фазовий зсув між вхідним та вихідним сигналами відсутній. Істокові повторювачі відрізняє порівняно невеликий вхідний опір при підвищеному вхідному опорі. Крім цього, для таких каскадів характерна мала вхідна ємність, що призводить до збільшення вхідного опору на високих частотах.
Одним із критеріїв класифікації LC-генераторів на польових транзисторах, як і генераторів на біполярних транзисторах, є схемотехнічне рішення ланцюга позитивного зворотного зв'язку. Залежно від застосованої схеми ланцюга ПОС такі генератори діляться на генератори з індуктивним зв'язком, з ємнісним зв'язком і триточкові генератори (так звані триточки). У генераторах з індуктивним зв'язком ланцюг позитивного зворотного зв'язку між вхідним і вихідним електродами транзистора утворена індуктивним зв'язком, а в генераторах з ємнісним зв'язком - ємнісним. У триточкових ВЧ-генераторах, які у свою чергу діляться на індуктивні та ємнісні триточки, резонансний контур підключено до активного елемента у трьох точках.
Слід визнати, що при розробці високочастотних генераторів для мініатюрних радіопередавальних пристроїв особливою популярністю користуються схемотехнічні рішення з польовими транзисторами, що ґрунтуються на застосуванні індуктивної триточки (схема Хартлі). Справа в тому, що на високих частотах комплексний вхідний опір польового транзистора велике. Тому транзистор практично не шунтує резонансний контур, тобто не впливає на його параметри. Принципова схема одного з варіантів високочастотного LC-генератора, виконаного за схемою Хартлі на польовому транзисторі, включеному змінним струмом за схемою із загальним стоком, наведена на рис. 3.10.
Мал. 3.10. Принципова схема LC-генератора на польовому транзисторі за схемою Хартлі
У схемі, що розглядається, активний елемент LC-генератора виконаний на польовому транзисторі VT1, який по змінному струму включений за схемою витокового повторювача, тобто із загальним стоком. Електрод стоку транзистора замкнутий на шину корпусу через С2 конденсатор. Резонансний контур утворений включеними паралельно підстроювальним конденсатором С1 і котушкою індуктивності L1, від параметрів яких залежить частота коливань, що генеруються. Цей контур підключено до ланцюга затвора польового транзистора VT1.
Коливання, що виникли в резонансному контурі, подаються на затвор транзистора VT1. При позитивній напівхвилі вхідного сигналу на затвор надходить відповідно позитивна напруга, у результаті зростає провідність каналу, а струм стоку зростає. При негативній напівхвилі коливання на затвор надходить відповідно негативну напругу, внаслідок чого провідність каналу знижується, а струм стоку зменшується. Напруга, що знімається з електрода витоку транзистора VT1 подається в резонансний контур, а саме на виведення котушки L1, яка по відношенню до витоку транзистора включена за схемою підвищує автотрансформатора. Таке включення дозволяє збільшити коефіцієнт передачі ланцюга позитивної зворотний зв'язок до необхідного рівня, тобто забезпечує дотримання умови балансу амплітуд. Виконання умови балансу фаз забезпечується включенням транзистора VT1 за схемою із загальним стоком.
Дотримання умов балансу амплітуд та балансу фаз призводить до виникнення стійких коливань на частоті резонансу коливального контуру. При цьому частота сигналу, що генерується, може змінюватися за допомогою підстроювального конденсатора С1 коливального контуру. Вихідний сигнал, що формується генератором, знімається з електрода початку польового транзистора VT1.
При конструюванні високочастотних генераторів для мікропередавачів нерідко використовуються схемотехнічні рішення з польовими транзисторами, засновані на застосуванні триточки ємнісної (схема Колпітца). Принципова схема одного з варіантів високочастотного LC-генератора, виконаного за схемою Колпітца на польовому транзисторі, включеному змінним струмом за схемою із загальним стоком, наведена на рис. 3.11.
Мал. 3.11. Принципова схема LC-генератора на польовому транзисторі за схемою Колпітца
Активний елемент даного LC-генератора виконаний на польовому транзисторі VT1, який за змінним струмом включений за схемою із загальним стоком. При цьому електрод стоку транзистора замкнутий на шину корпусу через С5 конденсатор. Паралельний резонансний контур утворений котушкою індуктивності L1 та конденсаторами С1 – С4, від параметрів яких залежить частота коливань, що генеруються. Цей контур включений у ланцюг затвора польового транзистора.
Коливання, що виникли в резонансному контурі, подаються на затвор транзистора VT1. Напруга, що знімається з електрода витоку транзистора VT1 через ланцюг зворотного зв'язку подається в резонансний контур, а саме в точку з'єднання конденсаторів С3 і С4, що утворюють ємнісний дільник. Вибір відповідних величин ємностей конденсаторів С3 та С4, а також необхідного співвідношення цих величин дозволяє підібрати такий рівень коефіцієнта передачі ланцюга позитивного зворотного зв'язку, при якому забезпечується дотримання умови балансу амплітуд. Виконання умови балансу фаз забезпечується включенням транзистора VT1 за схемою із загальним стоком.
Дотримання умов балансу амплітуд та балансу фаз забезпечує виникнення стійких коливань на частоті резонансу коливального контуру. При цьому частота сигналу, що генерується, може змінюватися за допомогою конденсатора С2 (грубе налаштування) і конденсатора С1 (точне налаштування). Вихідний сигнал частотою близько 5 МГц, що формується генератором, знімається з електрода початку польового транзистора VT1.
Генератор – це автоколивальна система, що формує імпульси електричного струму, в якій транзистор відіграє роль комутувального елемента. Спочатку з моменту винаходу транзистор позиціонувався як підсилювальний елемент. Презентація першого транзистора відбулася 1947 року. Презентація польового транзистора відбулася трохи пізніше – в 1953 р. У генераторах імпульсів він грає роль перемикача і лише у генераторах змінного струму він реалізує свої підсилювальні властивості, одночасно беручи участь у створенні позитивного зворотний зв'язок підтримки коливального процесу.
Наочна ілюстрація поділу частотного діапазону
Класифікація
Транзисторні генератори мають кілька класифікацій:
- діапазону частот вихідного сигналу;
- за типом вихідного сигналу;
- за принципом дії.
Діапазон частот – величина суб'єктивна, але для стандартизації прийнято такий поділ частотного діапазону:
- від 30 Гц до 300 кГц – низька частота (НЧ);
- від 300 кГц до 3 МГц – середня частота (СЧ);
- від 3 МГц до 300 МГц – найвища частота (ВЧ);
- вище 300 МГц - надвисока частота (НВЧ).
Такий поділ частотного діапазону в області радіохвиль. Існує звуковий діапазон частот (ЗЧ) – від 16 до 22 кГц. Таким чином, бажаючи підкреслити діапазон частот генератора, його називають, наприклад, ВЧ або НЧ генератором. Частоти звукового діапазону своєю чергою також поділяються на ВЧ, СЧ і НЧ.
За типом вихідного сигналу генератори можуть бути:
- синусоїдальні – для генерації синусоїдальних сигналів;
- функціональні – для автоколивання сигналів спеціальної форми. Частковий випадок - генератор прямокутних імпульсів;
- генератори шуму – генератори широкого спектра частот, які мають у заданому діапазоні частот спектр сигналу рівномірний від нижнього до верхнього ділянки частотної характеристики.
За принципом дії генераторів:
- RC-генератори;
- LC-генератори;
- Блокінг-генератори – формувач коротких імпульсів.
Зважаючи на важливі обмеження зазвичай RC-генератори використовуються в НЧ і звуковому діапазоні, а LC-генератори в ВЧ діапазоні частот.
Схемотехніка генераторів
RC та LC генератори синусоїдальні
Найбільш просто реалізується генератор на транзисторі у схемі ємнісної триточки – генератор Колпітца (рис. нижче).
Схема генератора на транзисторі (генератор Колпітца)
У схемі Колпітца елементи (C1), (C2), (L) є частотоздатними. Інші елементи є стандартною обв'язкою транзистора для забезпечення необхідного режиму роботи по постійному струму. Таку ж просту схемотехніку має генератор, зібраний за схемою індуктивної триточки – генератор Хартлі (рис. нижче).
Схема триточкового генератора з індуктивним зв'язком (генератор Хартлі)
У цій схемі частота генератора визначається паралельним контуром, який входять елементи (C), (La), (Lb). Конденсатор (С) необхідний для утворення позитивного зворотного зв'язку змінного струму.
Практична реалізація такого генератора більш скрутна, оскільки вимагає наявності індуктивності з відведенням.
І той і інший генератори автоколивання знаходять переважно застосування в СЧ і ВЧ діапазонах в якості генераторів несучих частот, в ланцюгах ланцюга гетеродинів і так далі. Регенератори радіоприймачів також ґрунтуються на генераторах коливань. Вказане застосування вимагає високої стабільності частоти, тому практично завжди схема доповнюється кварцовим резонатором коливань.
генератор струму, що задає, на основі кварцового резонатора має автоколивання з дуже високою точністю установки значення частоти ВЧ генератора. Мільярдні частки відсотка далеко не межа. Регенератори радіостанцій використовують лише кварцову стабілізацію частоти.
Робота генераторів у галузі низькочастотного струму та звукової частоти пов'язана з труднощами реалізації високих значень індуктивності. Якщо точніше, то в габаритах необхідної котушки індуктивності.
Схема генератора Пірса є модифікацією схеми Колпітца, реалізованої без застосування індуктивності (мал. нижче).
Схема генератора Пірсу без застосування індуктивності
У схемі Пірса індуктивність замінена кварцовим резонатором, що дозволило позбавитися трудомісткої і громіздкої котушки індуктивності і, в той же час, обмежило верхній діапазон коливань.
Конденсатор (С3) не пропускає постійну складову базового усунення транзистора на кварцовий резонатор. Такий генератор може формувати коливання до 25 МГц, зокрема звукової частоти.
Робота всіх перерахованих вище генераторів заснована на резонансних властивостях коливальної системи, складеної з ємності та індуктивності. Відповідно, частота коливань визначається номіналами цих елементів.
RC генератори струму використовують принцип фазового зсуву в резистивно-ємнісному ланцюгу. Найчастіше застосовується схема з фазозсувним ланцюжком (рис. нижче).
Схема RC генератора з фазозсувним ланцюжком
Елементи (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) виконують зсув фази для отримання позитивного зворотного зв'язку, необхідної для виникнення автоколивань. Генерація виникає на частотах, для яких фазовий зсув є оптимальним (180 гр). Фазозсувний ланцюг вносить сильне ослаблення сигналу, тому така схема має підвищені вимоги до коефіцієнта посилення транзистора. Менш вимоглива до параметрів транзистора схема з мостом Вина (мал. нижче).
Схема RC генератора з мостом Вина
Подвійний Т-подібний міст Вина складається з елементів (C1), (C2), (R3) та (R1), (R2), (C3) і являє собою вузькосмуговий фільтр, що загороджує, налаштований на частоту генерації. Для решти частот транзистор охоплений глибоким негативним зв'язком.
Функціональні генератори струму
Функціональні генератори призначені на формування послідовності імпульсів певної форми (форму визначає певна функція – звідси й назва). Найчастіше зустрічаються генератори прямокутних (якщо відношення тривалості імпульсу до періоду коливань становить?, то така послідовність називається «меандр»), трикутних і пилкоподібних імпульсів. Найпростіший генератор прямокутних імпульсів - мультивібратор, подається як перша схема радіоаматорів-початківців для складання своїми руками (рис. нижче).
Схема мультивібратора – генератора прямокутних імпульсів
Особливістю мультивібратора є те, що в ньому можна використовувати практично будь-які транзистори. Тривалість імпульсів і пауз між ними визначається номіналами конденсаторів та резисторів у базових ланцюгах транзисторів (Rb1), Cb1) та (Rb2), (Cb2).
Частота автоколивання струму може змінюватися від одиниць до десятків кілогерц. ВЧ автоколивання на мультивібраторі реалізувати неможливо.
Генератори трикутних (пилкоподібних) імпульсів, як правило, будуються на основі генераторів прямокутних імпульсів (що задає генератор) шляхом додавання коригувального ланцюжка (рис. нижче).
Схема генератора трикутних імпульсів
Форма імпульсів, близька до трикутної, визначається напругою заряду-розряду на обкладинках конденсатора.
Блокінг-генератор
Призначення блокінг-генераторів полягає у формуванні потужних імпульсів струму, що мають круті фронти та малу шпаруватість. Тривалість пауз між імпульсами набагато більша за тривалість самих імпульсів. Блокінг-генератори знаходять застосування у формувачах імпульсів, порівнюючих пристроях, але основна сфера застосування – генератор рядкової розгортки, що задає, в пристроях відображення інформації на основі електронно-променевих трубок. Також блокінг-генератори успішно застосовуються в пристроях перетворення електроенергії.
Генератори на польових транзисторах
Особливістю польових транзисторів є дуже високий вхідний опір, порядок якого можна порівняти з опором електронних ламп. Перераховані вище схемотехнічні рішення універсальні, вони адаптовані під використання різних типів активних елементів. Генератори Колпітца, Хартлі та інші, виконані на польовому транзисторі, відрізняються лише номіналами елементів.
Частотозадаючі ланцюги мають ті ж співвідношення. Для генерування ВЧ коливань трохи краще простий генератор, виконаний на польовому транзисторі за схемою індуктивної триточки. Справа в тому, що польовий транзистор, маючи високий вхідний опір, практично не чинить шунтувальну дію на індуктивність, а, отже, працювати високочастотний генератор буде стабільніше.
Генератори шуму
Особливістю генераторів шуму є рівномірність частотної характеристики певному діапазоні, тобто амплітуда коливань всіх частот, що входять в заданий діапазон, є однаковою. Генератори шуму знаходять застосування у вимірювальній апаратурі для оцінки частотних характеристик тракту, що перевіряється. Генератори шуму звукового діапазону часто доповнюються коректором частотної характеристики для адаптації під суб'єктивну гучність для людського слуху. Такий шум називається сірим.
Відео
До цього часу існує кілька областей, у яких застосування транзисторів утруднено. Це потужні генератори НВЧ діапазону радіолокації, і там, де потрібно отримання особливо потужних імпульсів високої частоти. Поки що ще не розроблені потужні транзистори НВЧ діапазону. У всіх інших областях переважна більшість генераторів виконується виключно на транзисторах. Причин тому кілька. По-перше, габарити. По-друге, споживана потужність. По-третє, надійність. На додачу, транзистори через особливості своєї структури дуже просто піддаються мініатюризації.
