книги / Физические основы электроники
..pdfВ практических схемах обычно R\ = Ri = R и Ci = Сг - С; тогда
RC-генератор без поворота фазы в цепи обратной фазы строится на основе двухкаскадного усилителя, собранного на транзисторах с ОЭ.
Цепь связи между каскадами должна выполняться так, чтобы не вносить дополнительного фазового сдвига на часто те ©о, т.е. должно выполняться условие: х » 1/соо. Генератор имеет высокую стабильность частоты и амплитуды колеба ний. Для повышения стабильности работы вводится отрица тельная обратная связь (цепь С—Л). При увеличении выход ного напряжения возрастает ток в цепи обратной связи. Тем пература вольфрамовой нити лампочки накаливания повы шается, ее сопротивление возрастает, и увеличивается глубина отрицательной обратной связи, стабилизируя амплитуду вы ходного сигнала. Лампа накаливания одновременно является компенсирующим элементом, снижающим температурный фактор. В маломощных генераторах вместо лампы накалива ния и резистора можно использовать обычный резистор и термозависимое сопротивление.
Для уменьшения влияния R BX усилителя на частоту сопро тивления R\ и Ri желательно уменьшить, т.к. главной причи ной изменения частоты при колебаниях температуры является уменьшение входного сопротивления усилителя. Точная под стройка частоты генерации осуществляется подбором любого из этих сопротивлений. Установка номинальной амплитуды колебаний и коэффициента усиления большего, чем затухания четырехполюсника, производится подбором Ri и R A. Внешняя нагрузка подключается через эмиттерный повторитель на транзисторе Тг.
6.2. Генераторы LC на транзисторах
К избирательным LC-схемам относятся резонансные и полосовые усилители, автогенераторы высокочастотных гар монических колебаний типа LC и др. Характерной особенно
стью избирательных LC-схем является то обстоятельство, что в них нагрузка транзисторов и электронных ламп обладает частотно-избирательными свойствами.
Генераторы с самовозбуждением на транзисторах имеют ряд особенностей по сравнению с ламповыми генераторами. Основная особенность обусловлена зависимостью от частоты коэффициента передачи тока В. В результате этой зависимо сти возникает сдвиг фаз между напряжением возбуждения и первой гармоникой тока коллектора.
Условие баланса фаз имеет вид:
ф+ фр+ фв+ фконтура—0(2я),
где фв — фазовый угол коэффициента передачи В ; фазовый угол колебательного контура.
Сдвиг фаз вызывает расстройку между собственной час тотой контура и частотой генерации. Коэффициент передачи тока В уменьшается с ростом частоты. Малое входное и срав нительно небольшое выходное сопротивления транзистора заставляют выбирать небольшие коэффициенты включения контура. При этом уменьшается энергия, отдаваемая в контур за счет цепи положительной обратной связи.
Максимальная частота генерации генератора на транзи сторе определяется по формуле
(6.13)
где г’б — объемное сопротивление базы; гь = г'в + г"в — пол ное сопротивление базы; г"в — диффузионное сопротивление базы;/а — граничная частота транзистора в схеме с ОБ; Ск — коллекторная емкость транзистора — барьерная; С ы — диф фузионная емкость коллекторного перехода — маленькая, по этому ею пренебрегают для большинства транзисторов:
Ска <' <- Ск.
Рассматривая генератор как устройство, состоящее из уси лителя тока с коэффициентом усиления Ki и цепи обратной связи по току с коэффициентом передачи р,-, можно записать условие баланса амплитуд:
тогенераторе обычно включаются по схеме с ОЭ. Схема автогенератора может
быть выполнена с емкостной (рис. 6.5), автотрансформатор ной или индуктивной (рис. 6.6), трансформаторной обратной связью (рис. 6.7).
В схемах генератора на рис. 6.5 и 6.6 ток обратной связи поступает из контура в базу через емкость С4, реактивное со противление которой на рабочей частоте должно быть весьма малым. Смещение базы определяется сопротивлениями Ri, Яг, Лз. Чтобы исключить заметное шунтирование контура, эти сопротивления целесообразно выбирать возможно большими. Для повышения стабильности частоты автоколебаний генера тора (рис. 6.5) при изменениях параметров транзистора и ЭДС источников питания в схему можно ввести емкость Сз
(Сз < Си Сг) .
Для увеличения выходной мощности применяются двухта ктные схемы генерато ров. Двухтактные схе мы на транзисторах, работающих в клю чевом режиме, позво ляют получать выход-
ную мощность, в несколько раз превышающую наибольшую рассеиваемую мощность транзистора.
6.3. Стабилизация частоты автогенераторов
Стабильность частоты автогенераторов на транзисторах ограничивается не столько нестабильностью параметров кон туров, сколько нестабильностью параметров транзистора — главным образом реактивных составляющих входного и вы ходного сопротивлений и коэффициента передачи тока базы.
Способы стабилизации частоты:
1. Поддержание постоянства напряжения источников пи тания. Для этого применяют стабилизаторы напряжения.
2. В ряде случаев дает хорошие результаты включение до полнительных реактивных элементов (см. рис. 6.5). Этот спо соб не пригоден в генераторах с перестраиваемой частотой.
3. Большое влияние на стабильность оказывают коэффи циент включения контура и величина коэффициента обрат ной связи.
4.Применение качественных схем термостабилизации или термокомпенсации.
5.Стабилизация частоты с помощью кварцевой пластины.
При надлежащем исполнении кварцевая пластина является од ной из самых совершенных элек тромеханических колебательных систем с малым затуханием.
Величина зарядов на пластине пропорциональна деформации, а их знак меняется на обратный, ког да растяжение заменяется на об ратное.
Кварцевая пластина в области резонанса эквивалентна последовательному соединению индуктивности L, емкости Сэкв и активного сопротивления г (последовательный колеба тельный контур).
Эквивалентная схема кварцевой пластины совместно с кварцедержателем (кварцевого резонатора) изображена на рис. 6.8, где Со — статическая емкость между электродами, величина которой определяется размерами и диэлектрической проницаемостью кварца.
Кварцевый резонатор обладает двумя резонансными час тотами:
1 ©поел = ------------частота последовательного резонанса;
LC KB
1 ©пар = —= = — частота параллельного резонанса,
л/аС
С
где С = Со
Q + ^кв
Разность частот ©поел и ©пар очень мала, так как Со » С кв. Поэтому более стабильной частотой является частота ©поел.
Кварцевый резонатор изготавливается с точностью на стройки на заданную частоту 1СГ5-1(Г7. Он характеризуется высокой добротностью (Q — до нескольких десятков миллио нов) и малым коэффициентом включения (1(Г3-1(Г5). Это обу словливает высокую стабильность частоты автогенераторов.
Кварц включают либо в цепь обратной связи, либо в ка честве индуктивности в контур, либо в разрыв цепи контура.
Контрольные вопросы
1.Расскажите об устройстве и принципе действия генераторов гармо нических колебаний типа RC.
2.Назовите основные условия генерации генератора.
3.Дайте классификацию RC-генераторов по видам.
4.Поясните особенности генератора, у которого в RC-цепи обратной связи осуществляется поворот фазы сигнала определенной частоты на
180°.
5.Нарисуйте схему генератора, у которого в-RC-цепи обратной связи фазовый сдвиг сигнала определенной частоты равен нулю.
6.Перечислите особенности избирательных LC-схем на транзисторах. За счет чего происходит генерация в LC-генераторах?
7.Какие вы знаете способы стабилизации частоты автогенераторов?
8.Поясните физическую сущность кварцевой стабилизации частоты.
Обычно значение напряжения Uo, как и величина тока /о, задается при расчете выпрямителя. Зная Uo, можно по форму ле (7.7) найти требуемую величину переменного напряжения Ui на зажимах вторичной обмотки силового трансформатора.
Если напряжение сети С/с известно, то коэффициент трансформации силового трансформатора, необходимый для обеспечения заданного напряжения Uo на нагрузке, должен быть равен
U ,
(7.8)
Из рассмотренной работы схемы сДедует, что в отрица тельный полупериод вентиль находится под напряжением, действующим на зажимах вторичной обмотки трансформато ра. Следовательно, наибольшее обратное напряжение, при кладываемое к вентилю, оказывается равным
t/обр = U 2т =3,14 Uo, |
(7.9) |
т.е. обратное напряжение на вентиле более чем в три раза превышает выпрямленное напряжение на нагрузке.
Подбирать вентиль для однополупериодной схемы следу ет так:
Uобр.доп ^ t/обр —3,14 Uo, |
(7.10) |
где {Уобрлоп — максимально допустимое обратное напряжение выбранного вентиля.
Если неравенство не выполняется, необходимо взять вен тиль с большей величиной U0бР.доп или соединить вентили последовательно (рис. 7.3). Их число будет
Ъл |
Da |
т - |
U обр |
; (7.11) |
|
|
^обр.доп |
Rui = (0,1 -г 0,2) Лобр.доп.
(7.12)
‘/ / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / л
Rm включают для выравнива ния обратного напряжения на диодах. Обратное напряжение прикладывается к диодам в соответствии с обратным со противлением. Ток по ним проходит один и тот же.
В однополупериодной схеме обмотка, вентиль и сопроти вление нагрузки включены последовательно. По ним прохо дит один и тот же ток. Необходимо, чтобы действующее зна чение этого тока было меньше выпрямленного тока для дан ного вентиля: h < /о макс. Для однополупериодной схемы дей ствующее значение тока h будет равно:
/2= |
^ = у / о = 1,577о, |
(7.13) |
поэтому |
/о макс > 1 ,5 7 /о; |
(7.14) |
/о макс — выпрямленный ток для вентиля данного типа. Если это неравенство не выполняется, то необходимо подобрать вен тиль с более высоким значением /о макс, либо включить несколь ко однотипных вентилей параллельно друг другу (рис. 7.4). Для выравнивания прямых токов диодов включают последова
тельно дополнительные сопротивления 7?ДОп = |
(5 -1 0 ) 7?д.пРям. |
||
Число параллельно включенных вентилей подсчитывается |
|||
по формуле: |
|
|
|
т = |
h |
(7.15) |
|
•^Омакс |
|||
|
|
||
Частота пульсаций напряжения на нагрузке равна частоте |
|||
сети: |
|
|
|
/пульс —/сети: |
|
||
кп= пер.макс — коэффициент пульсаций, |
(7.16) |
||
~ й 7 ~
где i/nep. макс — амплитуда переменной составляющей напря жения, т.е. амплитуда первой гармоники:
Рис. 7.5 W /////////////////////////////////////////////M
t/nep. макс = ^ S L =^ U Q= 1,57 Uo. |
(7.17) |
|
2 |
2 |
|
Подставив формулу (7.17) в формулу коэффициента пуль саций (7.16), получим Кп = 1,57 — большая величина коэффи
циента пульсаций, что является недостатком. |
|
/о = 0,6361г. |
(7.18) |
Это говорит о недостаточном использовании трансфор матора по току.
Двухполупериодные выпрямители. Схема с выводом сред ней точки представлена на рис. 7.5, графики, поясняющие их
работу, — на рис. 7.6: |
|
|
/0= |
= 0.636/г„; |
(7.19) |
|
71 |
|
U o= |
— U 2m = 0,636 и 1т. |
(7.20) |
|
71 |
|
Заменив амплитудное значение его действующим значе |
||
нием, получим: |
|
|
|
U2m = V2 Ur, |
(7.21) |
|
Uo = 0,9 U 2т; |
(7.22) |