16.4. Rс-генераторы
Для генерирования колебаний низких частот применяются схемы, не использующие резонансных систем. В этих схемах баланс амплитуд и баланс фаз обеспечивается RC-цепочками. Например, как на рис.16.7.
Рис.16.7. RC-генератор с тремя фазосдвигающими цепочками
Три цепочки создают фазовый сдвиг 180° между напряжениями на коллекторе и базе. Сопротивление R3вместе с сопротивлениемR'=R1||R2||Rвхберется равным сопротивлениюR. В этом случае фазовый сдвиг на 180° обеспечивается на частоте
.
Коэффициент передачи фазосдвигающих цепочек между коллектором и базой составляет
Для возникновения генерации необходимо, чтобы транзистор обеспечивал коэффициент усиления не меньше
.
Принцип обеспечения положительной обратной связи посредствам фазосдвигающих RC-цепочек используется и при других схемных.
16.5. Генераторы с внешним возбуждением
Схема генератора с внешним возбуждением представлена на рис. 16.8.
Рис.16.8. Генератор с независимым возбуждением
На базу транзистора подается постоянное отрицательное напряжение. Поэтому коллекторный ток течет только при достаточно большом напряжении на входном контуре, превышающем запирающее напряжение. Для мощных кремниевых транзисторов это запирающее напряжение составляет ~0,5 В. Поэтому коллекторный ток транзистора, возбуждающий колебания в выходном контуре, имеет форму косинусоидальных импульсов. Та гармоническая составляющая спектра последовательности импульсов коллекторного тока, на которую настроен выходной LCконтур, определяет выходной сигнал. Подбирая уровень запирающего напряжения на базе можно, очевидно, изменять длительность импульсов коллекторного тока и, соответственно, уровень соответствующей гармоники выходного колебания. Отношение мощности этого колебания к мощности, отбираемой от источника коллекторного питания, служит коэффициентом полезного действия генератора с независимым возбуждением.
Если выходной контур настроен не на первую, а на более высокую гармонику коллекторного тока, такой генератор может служить умножителем частоты.
16.6. Релаксационные генераторы
Релаксационные генераторы применяют для формирования импульсных сигналов. Самый распространенный тип такого генератора – мультивибратор.
В отличие от RС-генераторов синусоидальных колебаний, в мультивибраторах применяется очень сильная положительная обратная связь, в результате чего транзисторы поочередно то запираются, то переходят в режим насыщения. Возможно также и длительное устойчивое состояние, когда оба транзистора находятся в насыщении. При этом для возникновения колебаний необходим импульс, запирающий один из транзисторов.
Мультивибратор может быть как симметричным, так и несимметричным. У симметричного мультивибратора коллекторные сопротивления в обоих плечах одинаковы, одинаковы также базовые сопротивления и емкости. На схеме рис. 16.9. представлена схема, иллюстрирующая работу симметричного мультивибратора.
Рис. 16.9. Симметричный мультивибратор
Осциллограммы, характеризующие работу мультивибратора, приведены на рис. 16.10.
Рис. 16.10. Временные зависимости коллекторного тока и напряжений на коллекторе и базе мультивибратора
Если транзистор T1открыт и находится в режиме насыщения, то в это же время транзисторT2заперт. При этом правая обкладка конденсатораС1соединена черезRк2с источником питания, а левая соединена с базой транзистораT1. Протекающий зарядный ток поддерживает потенциал базы транзистораT1на уровне, вполне достаточном для насыщенияT. Напряжение база – эмиттер не может стать заметно большим этого напряжения из-за ограничивающего действия экспоненциальной входной характеристики транзистора и ограничения тока резисторомRк2. Конденсатор заряжается до напряженияЕк-uбэ1, гдеuбэ1~0,8 В. После окончания заряда конденсатораС1напряжениеuбэ1остается примерно таким же и поддерживается за счет тока черезRб1.
Во время и после окончания заряда конденсатора С1транзисторT2остается запертым напряжением на конденсатореС2зарядившемся в предыдущий полупериод. В самом деле, еслиС2зарядился до напряженияЕк–uбэ2, то все это напряжение приложено между базой и эмиттеромT2, так как потенциал левой обкладки конденсатора, равный напряжению коллектор – эмиттер насыщенного транзистораT1очень близок к нулю.
Чтобы транзистор T2открылся, необходимо, чтобы конденсаторС2не только полностью разрядился, но и частично перезарядился до напряженияuбэ1~0,6 В, при которомT2становится проводящим. Как только транзисторT2начинает проводить, его коллекторный потенциал падает, что через конденсаторС1передается на базуT1. Последний переходит в активный режим. Возникающий при этом регенеративный процесс быстро переключает схему из одного квазиустойчивого состояния в другое, при которомT1находится в режиме отсечки,aT2– в режиме насыщения.
На рис. 1.9 приведены зависимости коллекторного тока и напряжений на коллекторе и базе транзистора T1. Аналогичные зависимости для транзистораT2имеют такой же вид, но сдвинуты по времени на половину периода.
При заряде конденсатора
,
где
.
При разряде конденсатора
,
где
.
Постоянная времени разряда должна быть не менее чем на порядок больше постоянной времени заряда. Это необходимо для того, чтобы один из конденсаторов Сбполностью зарядился (за время, равное нескольким постоянным времени заряда), пока другой конденсатор разряжается и держит запертым "свой" транзистор. Транзистор отпирается, когдаuc(t)0,6 В. Следовательно, полупериод прямоугольного колебания, генерируемого симметричным мультивибратором, можно найти из равенства
.
Отсюда
.
Пренебрегая напряжением 0,6 В по сравнению с напряжением Ек, можно получить
.
Данное выражение выведено в предположении о том, что переключения транзисторов происходят мгновенно (не учитывается время на рассасывание зарядов, накопленных в базе).