Автоматическое смещение в автогенераторах.

Автоматическое смещение в автогенераторе. Обычно используемые на практике LC-автогенераторы для повышения КПД работают с отсечкой тока. При этом уменьшается постоянная составляющая тока истока (коллектора) и снижается рассеиваемая на транзисторе мощность (аналогичными соображениями объясняется использование резонансных усилителей мощности. Для работы с отсечкой необходимо обеспечить соответствующее постоянное напряжение смещения на затворе, то есть установить рабочую точку ВАХ. Однако часто оказывается, что оптимальное для повышения КПД смещение ставит автогенератор в нежелательных режим жесткого самовозбуждения.

На рис. 8.14 приведён один из возможных вариантов схемы автогенератора с автоматическим смещением, соответствующий эквивалентной «по переменной составляющей» трансформаторной схеме. В цепь затвора включена цепочка R3C3. Непосредственно после подачи питания Eп напряжение между затвором и истоком близко к нулю, и рабочая точка находится на участках ВАХ с максимальным значением средней крутизны S1, что соответствует мягкому режиму самовозбуждения. Амплитуда колебания возрастает, на затворе появляется управляющее напряжение и возникает ток затвора, постоянная составляющая которого заряжает ёмкость С3 и смещает рабочую точку. Процессы в цепи затвора аналогичны процессам в амплитудном линейном диодном детекторе.

Роль диода играет промежуток «исток -затвор транзистора», R3C3 -цепочка является нагрузкой детектора. Смещение рабочей точки приводит к снижению S1 и в итоге -к установлению стационарного режима генерации. При этом смешении кривая средней крутизны S1(U) автогенератора, как правило приобретите вид, соответствующий жёсткому режиму самовозбуждения. Очевидно, однако, что при срыве генерации по какой -либо причине в схеме

С автосмещением рассмотренный цикл самовозбуждениям повторится и стационарный режим установится вновь. Использование автоматического смещения позволяет сочетать условия, благоприятные для запуска автогенератор а(мягкий режим самовозбуждения), с энергетически выгодным (отсечка тока стока) стационарным режимом.

Практические схемы транзисторных автогенераторов.

 

 

Кварцевые автогенераторы

Для повышения стабильности частоты генерируемых колебаний частотозадающий контур автогенератора должен иметь высокую добротность. Это требование легко удовлетворяется при использовании в качества такого контура так называемого кварцевого резонатора, основой которого является кварцевая пластина.

Кристаллический кварц это твердый минерал (рис.28). Продольная ось кристалла О’О является оптической осью кристалла.

е - электрические оси m - механические оси

поперечные оси

Рис.28.

В кварцах сильно выражен пьезоэлектрический эффект.

Пусть вырезана пластина перпендикулярно электрической оси (см. рис. 29). Под действием сжимающей силы, параллельной электрической оси, на гранях, перпендикулярных к ней, появляются заряды. Под действием растягивающей силы знаки зарядов меняются.

Рис.29.

При действии силы вдоль механической оси на тех же гранях также появляются заряды. Это явление прямого пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэффект состоит в том, что при помещении пластин в электрическое поле, направленное вдоль электрической оси, пластина сжимается или растягивается вдоль этой и механической осей.

Поместим кварцевую пластину между двумя проводящими пластинами (рис.30).

Рис.30.

Если U - переменное, то в пластине возникнут механические колебания (обратный пьезоэффект). При этом в такт с механическими колебаниями на гранях пластин и на обкладках конденсатора возникают заряды. По отношению к внешней цепи этот эффект проявляется как некоторая проводимость, которая называется пьезоэлектрической. Кроме нее здесь будет и обычная диэлектрическая проводимость, определяемая емкостью конденсатора.

Пластина кварца, как всякое упругое тело, обладает по отношению к механическим колебаниям определенными резонансными собственными частотами. Поэтому, при приближении частоты внешнего переменного напряжения, подаваемого на обкладки конденсатора, к одной из собственных частот пластины, возникают резонансные явления: при постоянной амплитуде напряжения амплитуда механических колебаний около резонанса увеличивается во много раз. Соответственно возрастают пьезоэлектрическая проводимость и пьезоэлектрический ток, т.е. по отношению к внешнему электрическому воздействию механический резонанс пластинки проявляется как последовательный электрический резонанс (увеличение тока при резонансе), что позволяет при расчетах заменять пластинку кварца вблизи ее резонансной частоты эквивалентным последовательным контуром (рис.31).

Рис.31.	Рис.32.

Полная эквивалентная схема (рис.32) кварца включает в себя еще диэлектрическую емкость или емкость кварцедержателя. Если грани неплотно прилегают к кварцедержателям, то в модель добавляют еще емкость .

Наиболее легко возбуждаются основные резонансные частоты.

Для наиболее употребляемых размеров кварцевых пластин (при толщине от нескольких десятков мм до 4-5 мм) основные колебания по толщине отвечают волнам от 40 до 600 м (0,5 МГц 10 МГц).

Кварцевые пластины в качестве колебательных систем обладают свойствами, благоприятными для получения высокой стабильности частоты АГ, а именно:

а) эталонностью, т.е. постоянством во времени резонансных частот кварца;

б) высокой (до десятков тысяч) добротностью;

в) высоким волновым сопротивлением из-за черезвычайно малой , в связи с чем параллельные кварцу емкости транзистора или лампы оказывают малое дестабилизирующее действие.

Автогенераторы, в которых частота определяется частотой кварцевой пластинки, называются кварцевыми.

Рис.33.

На рис.33 показана наиболее простая и наиболее употребляемая схема - когда кварц находится в цепи базы. Эквивалентная схема изображена на рис.34.

По переменному току параллельно кварцу включается , которое одновременно выполняет роль автосмещения. Обратная связь здесь осуществляется через емкость коллектор-база. При необходимости добавляется внешний конденсатор.

Рис.34.

В результате получается двухконтурная схема с общим эмитером. Частота здесь определяется более низкочастотным контуром. Поэтому, чтобы частота задавалась эталонным контуром (кварцем), коллекторный контур должен быть отстроен в сторону более высоких частот. Чем выше , тем меньше он влияет на , тем выше стабильность частоты.

К недостатку данной схемы можно отнести относительно невысокую амплитуду выходных колебаний.

Иногда кварц включают между коллектором и базой. При этом получается двухконтурная схема с общим коллектором. В этом случае имеет место меньшее влияние базового тока на генерируемую частоту.

 

14.Автогенераторы на туннельных диода

Колебания высокой частоты можно получить в автогенераторе, построенном на туннельном диоде. Возможность использования туннельного диода в схемах генерирования и усиления колебаний обеспечивается наличием падающего участка на статической ха­рактеристике туннельного диода (участок АВ на рис. 3.8,6). Кру­тизна характеристики на падающем участке отрицательная, так как при увеличении напряжения, приложенного к диоду (в пре­делах 50—150 мВ), ток через диод уменьшается. Поэтому тун­нельный диод в пределах падающего участка статической харак­теристики можно характеризовать как прибор, имеющий отрица­тельное сопротивление. Если такой диод включить в колебательный контур, то отрицательное сопротивление диода будет компенсиро­вать положительное сопротивление потерь в контуре. При отсутст­вии потерь в контуре возникшие в нем колебания будут незату­хающими.

На рис. 3.8, б приведена схема автогенератора на туннельном диоде. С помощью потенциометра R1 и резистора R2 в этой схе­ме выбирается такое значение напряжения на диоде VD, при ко­тором рабочая точка помещается на середине падающего участка характеристики (точка С на рис. 3.8, б). Конденсатор С — блоки­ровочный. Рабочий режим генератора обеспечивается при эквивалентном сопротивлении колебательного контура в пределах 100— 400 Ом. Сопротивление туннельных диодов в пределах падающей характеристики составляет 50—200 Ом, а емкость р — n-перехо­да— десятки пикофарад.

 

 

Автогенераторы на туннельных диодах могут создавать коле­бания в очень широком диапазоне частот. Мощность генераторов на туннельных диодах мала — десятки милливатт.

Устройства на туннельных диодах устойчивы против темпера­турных воздействий и радиоактивных излучений, просты по кон­струкции, надежны в работе, имеют большой срок службы. Важ­ное достоинство автогенераторов на туннельных диодах — воз­можность работы в диапазоне сверхвысоких частот — до несколь­ких гигагерц.