Автогенератор LC с трансформаторной обратной связью
Рис. 22 LC-генератор с трансформаторной обратной связью
При включении питания в схеме рис. 22 начинаются переходные процессы, в результате - на входе усилительного элемента появляются слабые колебания различных частот. Эти колебания усиливаются а колебательный контур выделяет гармонику одной частоты. Часть сигнала за счет взаимоиндукции между обмотками трансформатора поступит с выхода на вход схемы - это напряжение Uос. Если фазы Uос и Uвх совпадают, эти напряжения суммируются. Результирующий сигнал усиливается транзистором, амплитуда колебаний начинает возрастать. Этот процесс называется самовозбуждением автогенератора.
Затем генератор переходит в стационарный режим, т.е. рост амплитуды прекращается. Это происходит из-за перехода режима работы транзистора в режим насыщения и отсечки. Гармоническая форма колебаний сохраняется из-за наличия колебательного контура.
Баланс фаз выполняется за счет встречного включения обмоток трансформатора: транзистор создает сдвиг фазы сигнала на 180 градусов и трансформатор обеспечивает еще 180 градусов. Баланс амплитуд выполняется за счет правильного выбора взаимной индуктивности катушек трансформатора. На практике коэффициент взаимной индукции можно поменять, поменяв количество витков в обмотках, расстояние между катушками или применив сердечник.
Частота гармонических колебаний зависит от параметров колебательного контура. Изменить частоту генерируемых колебаний можно изменив параметры колебательного контура: либо величину емкости, либо - индуктивности.
Недостаток схемы: низкий КПД, т.к. генератор работает в мягком режиме. Достоинство: самостоятельный плавный выход на стационарные колебания
Автогенератор с автоматическим смещением
На практике часто используется комбинированный режим самовозбуждения. В этом режиме фиксированное смещение U0 обеспечивает рабочую точку (точку покоя) на середине крутого линейного участка вольт-амперной характеристики (ВАХ) транзистора, т.е. мягкий запуск. Затем, по мере нарастания выходного и входного токов, рабочая точка автоматически смещается вниз по ВАХ, что соответствует более экономичному жесткому режиму автогенератора.
Рис.23. LC-генератор с автоматическим смещением
После включения источника питания ЕК заряжается С2 (рис. 23) и разряжается через L2. L1 имеет магнитную связь с контуром L2 С2 и при появлении тока в L2, в катушке L1 наводится ЭДС взаимоиндукции. Эта ЭДС создает переменное возбуждающее напряжение между базой и эмиттером транзистора и управляет его коллекторным током. Благодаря усилительным свойствам транзистора возникшие колебания нарастают и переходят в стационарный режим.
Коэффициент передачи цепи ОС: KOC = M / L2.
При высокой избирательности колебательного контура основным током, питающим колебательный контур, является ток первой гармоники.
Трехточечные схемы автогенераторов
В практических схемах автогенераторов колебательные контуры подключают к усилительному элементу тремя точками. При этом подключении должен выполняться баланс фаз и иметь место резонанс.
Все схемы таких автогенераторов можно привести к упрощенной, так называемой трехточечной схеме (рис. 24).
Рис. 24 а) Обобщенная трехточечная схема.
б) Индуктивная трехточка. в) Емкостная трехточка.
В обобщенной схеме колебательная система (контур), состоящая из трех реактивных сопротивлений ХКБ, ХБЭ, ХКЭ, подключена к транзистору в трех точках К, Б , Э. По ним протекает общий коллекторный ток IK. Он создает колебательные напряжение U БЭ = IК XБЭ и UКЭ = IК XКЭ, которые для выполнения баланса фаз должны быть противофазными. Это возможно только при одинаковом характере (знаке) сопротивлений ХБЭ и ХКЭ.
Характер третьего сопротивления должен быть противоположным, иначе резонанс в контуре будет невозможен. В результате возможны два варианта трехточечных схем: индуктивная, в которой напряжение ОС снимается с индуктивности, и емкостная, где это напряжение ОС снимается с емкости.
Генератор с автотрансформаторной ОС (индуктивная трехточка) (рис. 25)
К трем точкам колебательного контура второго вида L1C4 (К, Э, Б) подключены коллектор, база и эмиттер через емкости С1, С2, С3 транзистора.
Напряжение обратной связи UБЭ снимается с части витков L1, которая одновременно служит делителем напряжения UКБ, приложенного к контуру. Условие баланса выполняется тем, что напряжение UБЭ противофазно выходному напряжению UmВЫХ = UКЭ.
Рис. 25 LC-генератор с автотрансформаторной ОС
Генератор с емкостной ОС(емкостная трехточка)(рис. 26)
Колебательный контур третьего вида L1C4C5, соединен с соответствующими электродами транзистора точками К, Э, Б через емкости С3, С2, С1.
Здесь применена схема параллельного коллекторного питания в которой источник питания, колебательный контур и транзистор включены параллельно. С4 образует емкостную ветвь контура, а С5 и L1 индуктивную. Здесь напряжения UКЭ и UБЭ противофазны, т.к. токи ветвей контура направлены навстречу друг другу, и поэтому выполняется условие баланса фаз.
Рис.26 LC-генератор с емкостной ОС