Меню

Что такое генератор колебаний высокой частоты

Генераторы высокой частоты

Высокочастотные генераторы предназначены для получе­ния электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, вы­полняют с использованием LC-колебательных контуров или квар­цевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, по­этому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) мо­гут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

(рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практи­ке схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3…1/5 части, считая от заземленного вы­вода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь коле­бательного контура с транзистором, до минимума уменьшив пе­реходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно нпияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки иключить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

, собранные по схеме «ем­костной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим харак­теристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с ко­лебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза- земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и ра­бочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контро­ля технологических параметров.

На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного ва­рианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положи­тельной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособ­на в широком диапазоне значений индуктивности катушки коле­бательного контура (от 200 мкГч до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измери­тельного преобразователя электрических и неэлектрических ве­личин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (тун­нельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно

источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям- бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емко­сти транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Светодиод HL1 стабилизирует рабочую точку и индицирует вклю­ченное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на поле­вых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

Ма рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низко­вольтного стабилизатора напряжения использован прямосме- щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наибо­лее высоких частот — до нескольких ГГц.

Высокочастотный генератор, по схеме очень напоминаю­щий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].

Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 яв­ляется схема генератора на рис. 12.12 [F 9/71-171; 3/85-131].

нот генератор отличает высокая стабильность частоты, способ­ность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполяр­ном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа ос­нована на периодическом возбуждении колебательного конту­ра (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбуж­денном таким образом колебательном контуре возникают по­степенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебатель­ном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматривае­мых и известен с XIX века.

Практическая схема генератора высокочастотных колеба­ний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на коле­бательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в гла­вах 7 и 8. Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.

Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы ко­торых показаны на рис. 12.14 и 12.15.

Такие генераторы широко используют для настройки раз­личных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устрой­ствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Дня этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный нтемент (рис. 12.15).

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низ­кой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шу­мящего элемента.

Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.

Источник

Что такое генератор колебаний высокой частоты

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Итак, на данный момент, мы должны знать и понимать такие неприличные слова:
— транзистор
— колебательный контур
— трансформатор
и пару-тройку прочих слов, не менее ругательных…

Что есть такое ГВЧ? Это такая схемка, на которую подается постоянный ток, а с нее снимается переменный ток, причем — высокой частоты. Вот, значит, сейчас нам надо будет придумать из известных нам элементов такую штукенцию, чтоб при подаче на ее вход постоянного тока, на выходе появлялся переменный.

Правильно! Это — колебательный контур. Чем он знаменателен? Тем что если зарядить конденсатор, а потом к нему подключить катушку — в контуре начнутся затухающие колебания тока. Почему затухающие? Да потому что в реальном мире нет ничего совершенного. Увы, и колебательный контур не миновала сия тяжкая участь. Если бы провод, из которого сделана катушка, имел нулевое сопротивление, если бы энергия колебаний частично не излучалась в пространство в виде радиоволн — вот тогда бы колебания никогда не затухли. Но этому никогда не быть…

Что же делать? Ведь мы так близки к победе! Ведь стоит добиться от катушки незатухающих колебаний — и вот он — долгожданный переменный ток!

А делать вот чего: надо восполнять энергию, затраченную на сопротивление и излучение. И тогда колебания никогда не смогут затухнуть.

Перенесемся в далекие светлые годы детства :). Представьте себя качающимся на качелях. Рядом стоит, скажем, папа, и раскачивает вас. А вы, соответственно, сидите и получаете кайф от процесса, улыбаясь беззубым ртом. Легкий ветер дует вам в лицо, все вокруг то взлетает, то опускается, дух захватывает… Представили. Вот и здорово! А теперь представьте вашего папу. Думаете ему такой же кайф стоять и раскачивать вас, когда через пятнадцать минут по телику начинается футбол, а в сумке безнадежно киснет пиво, пригреваемое лучами теплого весеннего солнышка?… Но из окна смотрит мама. И не дай бог не выгулять по всем правилам свое чадо — крику то будет… 🙁

Короче вот такая идиллическая картинка получилась.

Теперь подойдем к процессу с точки зрения физики. Вы на качелях мотаетесь туда-сюда точно так же, как ток по катушке в колебательном контуре бегает то в одну то в другую сторону. Если бы папа не так боялся маму, то он бы давно убежал смотреть футбол. И что бы тогда случилось? А случилось бы, что вас не кому бы стало раскачивать. Так как шарниры качелей не лишены трения, то рано или поздно качели бы встали и ваш кайф прекратился бы. Отсюда делаем вывод:

Папа — это источник восполнения энергии, затраченной на трение шарниров и сопротивление воздуха. Во как!

Какова же задача папы?
Он должен смотреть на качели, и в тот момент, когда они движутся вперед, подталкивать их рукой в направлении движения. Последнее очень важно, поскольку, если он станет толкать против направления движения, то в лучшем случае — сломает руку. В худшем — качели остановятся и ваш кайф прервется в самый неподходящий момент. То есть, папа должен добавлять энергию не когда придется, а только в строго определенные моменты времени: когда качели движутся вперед.

Теперь вернемся от несчастного папы назад — к электричеству. Значит нам необходимо каким-то образом отслеживать движение тока в контуре и в нужные моменты «подливать» энергию. Правильно? Правильно!

Вот вам схема. Если замкнуть выключатель — батарейка подключится к колебательному контуру и подаст на него энергию. Дело за малым — придумать, кто бы смог замыкать этот выключатель по несколько миллионов раз в секунду…

Подсказка: папа отпадает. Он уже смотрит футбол…

Ну раз так — остается только один кандидат — наш старый добрый друг транзистор! Ему-то не проблема закрываться/открываться — это его работа. Ну и пущай работает:

Чего-то на этой схеме не хватает… Точно! Ведь на базу транзистора ничего не идет!

А что туда вообще должно идти?
Естественно — управляющий сигнал!
А откуда?
А…

Во-общем, теперь нам нужен какой-то элемент, который сможет следить за направлением тока в катушке контура и «говорить» транзистору, когда можно открываться, а когда — нельзя.

А давайте мы сделаем вот что: намотаем поверх контурной катушки еще одну катушку. Получится что? Правильно — трансформатор.

Теперь, в те моменты, когда ток в контурной катушке нарастает, напряжение на выходе дополнительной катушки будет положительным. Когда ток в контурной катушке убывает — отрицательным.

Все! Остается только подключить дополнительную катушку к базе транзистора — и она сможет управлять его работой.

Когда ток в катушке контура увеличивается — транзистор будет открываться и «подливать» энергию в контур. Когда ток будет уменьшаться, транзистор открываться не станет, так как на его базе будет отрицательное напряжение. В контуре воцарятся Незатухающие Колебания, слава им.

Источник

Adblock
detector