Методические указания к лабораторным работам Электронное издание сетевого и локального распространения Саратов 2021

РАЗНОВИДНОСТИ СХЕМ LC-АВТОГЕНЕРАТОРОВ

И ИХ ОСОБЕННОСТИ

LC-автогенераторы обычно выполняют на однокаскадном усилителе, в котором LC-контур включают как звено положительной обратной связи последовательно с транзистором или параллельно ему.

Рис. 8. Схема LC-автогенератора с колебательным контуром в стоковой цепи

Этот тип автогенератора имеет существенное преимущество, заклю- чающееся в том, что элементы колебательного LC-контура находятся под низким напряжением. Такой автогенератор довольно часто применяется в устройствах промышленной электроники. Однако большим к.п.д. и боль- шей мощностью генерируемых колебаний обладает автогенератор, схема которого изображена на рис. 8, где LC-контур включен последовательно с транзистором по отношению к источнику питания. Элементы LC-контура находятся под более высоким напряжением, чем в рассмотренном автоге- нераторе. Это приводит к тому, что конденсатор той же емкости надо вы- бирать большего размера. Чтобы избавиться от этого недостатка и сохра- нить достоинства, которые отмечались, LС-контур включают через разде- лительный конденсатор Ср параллельно (рис 9). Конденсатор Ср не про- пускает постоянную составляющую тока в индуктивную катушку Lк. Дроссель Lp предотвращает короткое замыкание контура по переменной составляющей через источник питания Ес. Такой генератор называют ге- нератором с параллельным питанием в отличие от генератора с последова- тельным питанием.

Рис. 9. Схема LC-автогенератора с параллельным питанием

Разновидностью последнего типа автогенератора является трехто- чечный автогенератор, в котором LC-контур включается не двумя точками, как обычно, а тремя (рис. 3). Включение LC-контура тремя точками позво- ляет снимать сигнал обратной связи непосредственно с резонансного кон- тура. Условие баланса фаз в трехточечных автогенераторах выполняется благодаря тому, что напряжение обратной связи Uос и напряжение на уси- лителе Uк находятся в противофазе. Условие баланса амплитуд на задан- ной частоте создается регулированием значений индуктивностей L1, L2 или емкостей С1 и С2 (рис. 2, 3). В автогенераторах могут наблюдаться искажения синусоидальной формы колебаний, что означает соблюдение

условий самовозбуждения для гармонических составляющих не только частоты w₀, но и близких к основной гармонической составляющей. Подобное явление обычно наблюдается в устройствах, у которых доброт- ность контуров мала. Чтобы исключить указанное явление, необходимо применять контуры с добротностью не менее 100. Кроме того, искажение формы генерируемых колебаний может происходить при большом коэф- фициенте обратной связи. Чем больше коэффициент обратной связи, тем больше будет искажена форма генерируемых колебаний. Действительно, несмотря на ослабление контуром других гармонических составляющих, близких к резонансной, для них все же будет выполняться условие баланса амплитуд. Регулировать величину B довольно затруднительно, поэтому обычно вводят отрицательную обратную связь. Например, в схеме рис. 10 в истоковую цепь включают переменный резистор Rи. Изменением сопро- тивления этого резистора можно добиться оптимального значения коэф- фициента передачи звена отрицательной обратной связи, а, следовательно, хорошей синусоидальной формы генерируемых колебаний.
Изменение частоты автоколебаний осуществляется изменением ем- кости конденсатора С колебательного контура в схеме рис. 10, а в схеме рис. 11 – изменением индуктивности катушки колебательного контура L, что не всегда удобно, так как при этом нужно перемещать сердечник ка- тушки или изменять число ее витков. Поэтому чаще применяют автогене- ратор с емкостной трехточкой. Изменение емкости конденсатора обычно осуществляют механическим перемещением одной из обкладок конденса- тора. Также в качестве конденсатора колебательного контура используют варикап, емкость которого изменяется путем изменения постоянного на- пряжения, подаваемого на варикап, что значительно упрощает перестройку частоты автоколебаний.
Рис. 10. Схема индуктивной трёхточки на полевом транзисторе с каналом n-типа
LC-автогенераторы выполняются и на операционных усилителях, но на частотах не свыше 15 МГц. Это объясняется тем, что выпускаемые опе- рационные усилители на частотах свыше 15 МГц имеют, как правило, ко- эффициент усиления, равный единице. Принципиальная схема такого ав- тогенератора изображена на рис. 12. Резисторы R1 и R2 образуют цепь от- рицательной обратной связи. Резонансный LC-контур включен как звено положительной ОС.

Рис. 11. Схема емкостной трёхточки на полевом транзисторе с каналом n-типа

Рис. 12. Схема индуктивной трёхточки на операционном усилителе

Анализ схем индуктивной (рис.10) и емкостной (рис. 11) трехточки показывает [20] , что для создания колебательного контура, настроенного в

резонанс, необходимо, чтобы реактивные проводимости противоположных ветвей контура при идеальных конденсаторах и индуктивных катушках были равны:
для индуктивной трехточки