Автогенераторы частоты без поворота фазы в цепи обратной связи на базе ОУ.

Генераторы LC-типа.

Эти генераторы имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обес­печивают получение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. К недостаткам их относятся трудности изготовления высокостабильных температурно-независимых индуктивностей, а также высокая стоимость и громоздкость последних. Особен­но это проявляется при создании автогенераторов диапазона инфранизких частот, в которых даже при применении фер­ромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и сто­имость получаются большими.

В генераторе LC- типа формы выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено хорошими фильтру­ющими свойствами колебательного LC-контура. Они, как правило, работают с «отсечкой» тока активных приборов усилителя. Соответственно форма выходного тока усилителя резко отличается от синусоидальной. При этом в начальный момент возникновения автоколебаний |g|»1, что обеспечи­вает устойчивую работу автогенератора даже при значительных изменениях параметров его элементов. Для самовозбуждения генератора LC-типа также необходимо наличие положительной обратной связи.

Сущность самовозбуждения заключается в следующем. При включении источника питания конденсатор колебатель­ного контура, включенного чаще всего в коллекторную цепь транзистора, заряжается. В контуре возникают за­тухающие автоколебания, причем часть тока (напряжения) этих колебаний подается на управляющие электроды активного прибора, образуя положительную обратную связь. Это приводит к пополнению энергии LC-контура. Автоколебания превращаются в незатухающие. Частота автоколебаний в первом приближении определяется резонансной частотой LC- контура:

Многочисленные схемы автогенераторов LC-типа различа­ются в основном схемами введения сигнала обратной связи и способами подключения к усилителю колебательного контура.

На рис. 4.3, а показано введение положительной ОС с помощью трансформаторной обратной связи (обмотка 2). Напряжение ОС зависит от соотношения числа витков обмоток 1 и 2. На рис. 4.3, б использована автотрансформаторная обратная связь. Источник питания Е подключен к части витков катушки индуктивности L, что уменьшает его шун­тирующее действие и повышает добротность колебательного контура LC_V. Сопротивление разделительного конденсатора С₂ на частоте колебаний близко к нулю. На рис. 4.3, в показан генератор, собранный по схеме емкостной трехточки. В нем напряжение обратной связи снимается с конденсатора С₂.Энергия, поддерживающая автоколебания, вводится в форме импульсов тока /_э. Для уменьшения шунтирующего действия транзистора он подключен к контуру через емкостный делитель напряжения.

Рис. 4.3. LC- автогенераторы:

а – с трансформаторной ОС; б – с автотрансформаторной ОС; в – с емкостной трехточкой.

Для количественной оценки устойчивости автоколебаний часто вводят коэффициент регенарации. Это безразмер­ный коэффициент, характеризующий режим работы автогене­ратора и показывающий, во сколько раз можно уменьшить добротность Q колебательной системы по сравнению с ее исходным значением, чтобы автогенератор оказался на границе срыва колебаний:

где X_L — реактивное сопротивление индуктивности контура; R —экви­валентное активное сопротивление контура, включающее и сопротив­ление активного элемента, шунти­рующего его. В низкочастотных автогенераторах коэффициент реге­нерации обычно не менее 1,5—3.

Следует отметить, что в тран­зисторных генераторах источник возбуждающих колебаний имеет, как правило, малое внутреннее со­противление. Следовательно, в цепи базы протекает ток несинусоидаль­ной формы, а напряжение база — эмиттер остается синусоидальным.

Рис. 4.4. Форма коллекторного тока и генерируемого автогенератором сигнала

Хорошие энергетические показатели у генератора могут быть получены только при работе с «отсечкой тока» (ток через транзистор имеет форму импульсов; рис. 4.4, а). При этом считается, что наилучшие энергетические характеристики имеют место при угле отсечки 50^о-70°. В то же время для возникновения автоколебаний необходимо, чтобы угол отсечки составлял 90°. В противном случае до возникновения автоколебаний на базе транзистора будет только запирающее напряжение и без воздействия дополнитель­ного внешнего отпирающего напряжения («жесткий» режим возбуждения) автоколебания не возникнут.

При «мягком» режиме возбуждения на базу должно быть подано отпирающее напряжение порядка 0,3—0,5 В. При возникновении автоколебаний смещение должно автоматиче­ски изменяться в зависимости от амплитуды колебаний до получения нужного угла отсечки. Здесь нетрудно увидеть взаимосвязь с рассмотренным выше положением о необ­ходимости введения цепи, изменяющей смещение до получения |g| = 1.

При достаточно глубокой ОС и неправильно подобранных емкостях конденсаторов С_э, С_б (рис. 4.3, а) может возникнуть прерывистая генерация или автомодуляция. В этом случае амплитуда колебаний имеет переменное значение или умень­шается до нуля на определенные промежутки времени (рис. 4.3, б). Прерывистая генерация обусловлена тем, что при определенных условиях напряжение автоматического смещения вследствие зарядки конденсаторов С_б, С_э и С_э может при­близиться к амплитуде напряжения ОС. Транзистор перестанет открываться и пополнять энергию колебательного контура. В итоге автоколебания быстро затухнут до нуля и возникнут снова только после разрядки конденсаторов С₆ и С_э. Затем процесс нарастания амплитуды, зарядки конденсаторов и срыва автоколебаний повторится. Поэтому цепи, обеспечивающие