Лекція 19

Тема: Схеми автогенераторів типу  С та RC

1 Трьохточкові схеми автогенераторів типу  с.

2 Стабілізація частоти  с генераторів.

2.1 Причини дестабілізації частоти  с автогенераторів.

2.2 Методи стабілізації частоти  с генераторів.

3 Схеми автогенераторів типу RC.

1. Базова схема автогенератора (рисунок 18.2) має деякі недоліки:

1) Наявність двох котушок збільшує габарити схеми, що не завжди припустимо.

2) У схемі важко автоматично витримати умови балансу фаз, бо властивості котушки 1 залежать не тільки від її параметрів але й від її конструкції.

Наприклад: від напрямку намотки. Цих недоліків нема у так званих трьохточкових схемах  с генераторів, тому назву вони отримали в наслідок того, що коливальний контур у таких схемах до транзистора підключається трьома точками. Є різні конструкції схеми одна з них це схема з ємнісним зворотнім зв’язком (рисунок 19.1). Вона побудована на базі схем підсилювача напруги низької частоти.

Рисунок 19.1—Трьохточкова схема  с автогенератора

Оскільки схема створена на базі ПНЧ, і призначення і назви елементів:

VT,C1,R1-R2,R3,R4-C3,C2—мають тіж самі назви і такеж призначення як і відповідні елементи у підсилювачах. Коливальний контур схеми складається з однієї котушки та двох конденсаторів. Конденсатор С4—це конденсатор коливального контура. Конденсатор С5—виконує

Дві функції, по-перше, він є конденсатором коливального контуру, а по-друге—це елемент зворотного зв’язку.

Загальний принцип дії схеми є таким же як і у базовій схемі. Різниця полягає у наступному. У трьохточковій схемі з ємнісним зворотнім зв’язком, напруга зворотного зв’язку знімається у конденсатора С5 прикладається до емітера та бази транзистора. В результаті цього у колекторному струмі транзистора з'являється змінна складова, яка і компенсує втрати енергії в коливальному контурі. Умови балансу фаз у цій схемі підтримуються автоматично внаслідок того, що конденсатори С4 та С5 підключені відповідно до колектора та бази транзистора, тому знаки на цих електродах завжди будуть різними.

3. В автогенераторах типу  с частота вихідних сигналів визначається властивостями коливального контуру і у першу чергу частотою його власних коливань або власною частотою:

якщо у генераторі потрібно отримати коливання низької частоти, то треба збільшити або індуктивність котушки, або ємність конденсатора, або те і інше. Це призводить до значного зростання габаритів у схемі, тому автогенератори  с у цьому діапазоні частот використовувати недоцільно. Для отримання коливань низької частоти застосовують RC автогенератори.

Автогенератор типу RC побудовано на базі схеми підсилювача низької частоти, при цьому у схемі повинні виникати незатухаючі гармонійні коливання певної частоти. Це можливо лише у тому випадку коли у схемі реалізовані умови балансу амплітуд та умови балансу фаз.

Умови балансу амплітуд реалізуються за рахунок вибору схеми підсилювача, та за рахунок вибору джерела живлення потрібної потужності.

Умови балансу фаз реалізуються за рахунок вибору конструкції та розрахунку елементів кола зворотного зв’язку. В автогенераторах типу RC коло зворотного зв’язку є трьохланкове коло типу RC (рисунок 19.2)

Рисунок 19.2—Трьохланкове коло типу RC

Якщо до складу кола зворотного зв’язку входять тільки резистори, то у кожній ланці зсув фази між вхідною та вихідною напруги дорівнює нулю.

Якщо до складу кожної ланки входили тільки конденсатори, то зсув фази дорівнює близько 90.

Якщо до складу кола входять і резистори і конденсатори то схему можна розрахувати таким чином, щоб зсув фази у кожній ланці дорівнював би 60⁰. У цьому випадку векторна діаграма схеми має вигляд наведеної на рисунку 19.3

Векторна діаграма напруг у колі зворотного зв’язку автогенератора типу RC наведена на рисунку 19.3.

U1 U2

60⁰

60⁰ 60⁰

U_вх U_вих

Рисунок 19.3—Векторна діаграма напруг у колі зворотного зв’язку автогенератора типу RC

Векторна діаграма показує, що у колі зворотного зв’язку вхідна та вихідна напруги знаходяться у протифазі. Таким чином, якщо за допомогою цієї схеми з'єднати колектор та бази транзистора у підсилювача, то будуть реалізовані умови балансу фаз. Виходячи з цього, автогенератор типу RC може бути побудований за наступною структурною схемою (рисунок 19.4).

U_вх U_вих

1-однокаскадний підсилювач напруги низької частоти на біполярному транзисторі;

2-коло зворотного зв’язку типу RC.

Рисунок 19.4—Структурна схема автогенератора типу RC

Структурна схема автогенератора типу RC дозволяє побудувати принципову схему автогенератора (рисунок 19.5).

Рисунок 19.5—Принципова схема автогенератору типу RC

Робота схеми починається у момент включення джерела живлення Ек, у цьому випадку у схемі в момент включення виникає імпульс напруги та струму. Як відомо імпульсний сигнал у тому числі і імпульсна напруга можуть бути представленні у вигляді наступного ряду:

U_імп=U₀+U₁m cos wt+U₂m cos 2wt+U₃m cos 3wt+U₄m cos 4wt+…

де U0—постійна складова;

U1m;U2m—гармонійні силові частоти які змінюються у відповідності з наступним рядом чисел.

Таким чином до складу імпульсної напруги входить гармонійна складова для якої виконуються умови балансу фаз та умови балансу амплітуд. На цій частоті коливання у схемі не затухають, у той час, як на усіх інших частотах вони затухають.

2. Головними причинами дестабілізації частоти є: зміна навколишньої температури, яка веде до зміни геометричних розмірів і електричних властивостей деталей схеми; зміна напруги джерел живлення; механічна вібрація і деформація деталей і інше. Крім того, на стабілізацію частоти впливають паразитні індуктивності та ємності схеми—між електродні ємності підсилюючих елементів, які змінюються із зміною режиму роботи, індуктивності виводів електродів, ємності й монтажу та т.і. Зменшення впливу цих факторів досягається застосуванням для виготовлення деталей матеріалів, які мало змінюють свої властивості при зміні температури, екраніровкою та герметизаціїю контурів, стабілізацією джерел живлення, раціональним монтажем. Однак цими методами не можна отримати дуже високу стабілізацію частоти. Найбільш ефективний метод стабілізації частоти автогенераторів типу  с є кварцева стабілізація. Вона основана на застосуванні у схемі автогенератора кварцевих пластинок з сильно вираженим п’єзоелектричним ефектом.