Меню

Высокочастотные генераторы с антеннами

Схемы генераторов высокой частоты

Предлагаемые генераторы высокой частоты 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.

Генераторы высокой частоты (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 влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить 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.

Генераторы высокой частоты, 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 мкГн 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.

Читайте также:  Как 2013 года замена ремня генератора

Светодиод НИ 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.

На 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 , 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].

Этот 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. Для 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 элемент (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.

Читайте также:  Материал для щеток в генераторе

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

Источник

Схемы задающих ВЧ генераторов для использования в радиопередатчиках

В любом электронном устройстве, как известно, можно выделить ряд отдельных узлов, каждый из которых выполняет свою определенную функцию. Например, такие функциональные части как усилителинизких и высоких частот, различные фильтры, индикаторы, источники питания и др.

Одними из важнейших частей, определяющих основные параметры приемо-передающих средств, являются задающие высокочастотные (ВЧ) генераторы — автогенераторы. Эти узлы генерируют ВЧ-колебания, необходимые для работы данных устройств.

Как известно в конвертерах и в супергетеродинных приемниках происходит преобразование входной частоты — частоты принимаемой радиостанции. При этом после преобразования выходная частота представляет собой разность или сумму входной частоты (частоты радиостанции) и частоты, генерируемой специальным встроенным генератором — гетеродином.

Это позволяет с помощью конвертеров осуществлять прием на радиоприемник радиосигналов в других радиодиапазонах (например, КВ-радиосигналов на СВ-радиоприемник, радиостанции УКВ-диапазона 65-74 МГц на УКВ-радиоприемник с диапазоном Х7-108 МГц и т.д), а в супергетеродинных приемниках принцип преобразования частот позволяет достигать высокой чувствительности и избирательности.

В радиопередатчиках частота задающего генератора, как правило, является несущей. В сложных конструкциях иногда используется принцип умножения частоты, т.е. частота несущей в несколько раз выше частоты задающего генератора. Передача информации осуществляется амплитудной или частотной модуляцией (АМ, ЧМ) несущей.

После соответствующего усиления промодулированные ВЧ-колебания (ВЧ-сиг-нал) поступают в передающую (излучающую радиоволны) антенну.

В простейших передатчиках промодулированные с помощью достаточно простых цепей ВЧ-колебания, созданные задающим генератором, с его выхода сразу поступают в антенну’. Часто это происходит с минимальным согласованием (или без согласования) с антенной.

Поэтому параметры таких маломощных передатчиков в очень большой степени зависят от параметров задающего генератора — стабильности частоты, коэффициента гармоник, амплитуды ВЧ-колебаний, мощности генератора и т.д. Мощность простейших передатчиков сравнительно не высока, и дальность обычно ограничивается несколькими сотнями метров.

В генераторах — автогенераторах, используемых в конвертерах, приемниках и передатчиках, транзисторы обычно включают по схеме с общей базой (ОБ) или с общим коллектором (ОК). В схемах с ОБ выходное сопротивление, а в схемах с ОК входное сопротивление имеют большие величины.

Они вносят небольшие затухания в резонансные контуры, входящие в состав генераторов и включенные на выходе и входе данных схем соответственно. Это способствует улучшению стабильности частот и амплитуд генерируемых колебаний.

Влияние изменений параметров транзисторов (от температуры, времени, изменения напряжения питания и т.д.) на генерируемые частоты уменьшают, включая соответствующие резисторы в цепи коллекторов и эмиттеров этих транзисторов (вводят отрицательные обратные связи). Для повышения стабильности частот автогенераторы часто питают через стабилизаторы напряжений.

Высокочастотные генераторы на биполярных транзисторах

В схемах высокочастотных генераторов на биполярных транзисторах, обеспечивающих удовлетворительную работу’ на частотах до десятков мегагерц, широко применяют трехточечные схемы. Оптимальная величина положительной обратной связи в схемах индуктивных трехточек (рис.

1, а, б) устанавливается выбором места положения отвода от витков катушки L1, а в схеме трехточки с емкостным делителем (рис. 1.1, в) — выбором отношения емкостей СЗ/С4.

На частотах десятки и сотни мегагерц хорошо работают генераторы на биполярных транзисторах по схеме, представленной на рис. 1.1 .г. Оптимальная величина обратной связи для этой схемы устанавливается подбором величины емкости конденсатора С, включенного между коллектором и эмиттером транзистора генератора.

Читайте также:  Может ли генератор работать без нагрузки

Во всех схемах генераторов для нормальной и устойчивой их работы следует применять транзисторы с граничными частотами в по крайней мере в 2-3 раза выше рабочих частот данных генераторов.

Рис.1. Примеры схем задающих генераторов на биполярных транзисторах.

При повторении приведенных схем рекомендованы следующие значения элементов (а, б, в — частота 100 кГц -10 МГц, г — частота 10 МГц — 100 МГц).

  • R1=220-270, R2=47-100, R3=2.4к-3.3к, R5=560-750;
  • С2=0.01, С3=0.01, С4= 1000-0.1;
  • R4 — зависит от режимов транзистора (ток, напряжение);
  • С1 — зависит от частоты генератора.
  • R1=100-150, R2=10-20, R3=8.2к-12к, R5=560-750;
  • С2=0.01, С3=0.01, С4= 1000-0.1;
  • R4 — зависит от режимов транзистора (ток, напряжение);
  • емкость С1, параметры L1 и L2 зависят от частоты генератора.
  • R1=3-30к, R2=3-30к (обычно R1=R2), RЗ=240-1к;
  • С2=220, С3=820, С4=910;
  • R1 — зависит от режимов транзистора (ток, напряжение);
  • емкость С1, параметры L1 зависят от частоты генератора.
  • R1=1.5к, R2=3.9к, R3=2.2к
  • С2= 10-100, С3= 1000-2200, С4= 1000-0.01.
  • Емкость С1, параметры L1 зависят от частоты генератора.

Изменением значения емкости С2 устанавливается величина обратной связи (положительной !). В некоторых вариантах данной схемы резистор RЗ шунтируется конденсатором.

При выборе элементов и настройке схемы необходимо учитывать, что недостаточная глубина обратной связи (положительной) приводит к неустойчивой работе схемы — к отсутствию или срыву генерации, избыточная — к появлению гармоник основной частоты.

В генераторах могут быть использованы любые высокочастотные транзисторы, например, ГТЗ11, ГТЗ13, КТЗ15, КТ361, КТЗ102, КТЗ107 и многие др.

Отбор мощности от генераторов можно производить с помощью индуктивной или емкостной связи. Чтобы нагрузка возможно меньше влияла на генерируемую частоту, связь должна быть слабой.

Высокочастотные генераторы на полевых транзисторах

Схемы генераторов могут быть построены с использованием полевых транзисторов. При этом могут быть использованы как полевые с каналом р- (например, КП103) или n-типа (например, КП303), так и полевые транзисторы с изолированным затвором — МОП-транзисторы (например, КП305). В последнем случае схемы отличаются простой структурой и высокими параметрами.

Рис. 2. Примеры схем задающих генераторов на полевых транзисторах с изолированными затворами.

На рис. 2 представлены примеры схем генераторов, построенных на полевых транзисторах с изолированным затвором — МОП-транзис-торах. В данных схемах генераторов могут быть использованы, например, МОП-транзисторы 2П305, КП305 и др.

Конкретный выбор варианта схемы (2.а — 2.г) зависит как от способа возбуждения и отбора мощности, так и от типа используемого транзистора. Наиболее простыми являются схемы на рис. 2.а и 2.6 при использовании транзисторов с изолированными затворами КП305Ж, КП305Е и транзисторов с аналогичными характеристиками типа 2П305.

В этом случае для данных схем используются только элементы L1, С1, Т1. Именно эти варианты будут использованы в передатчиках с задающими генераторами на полевых транзисторах — МОП-транзисторах. Использование подобных схем позволяет создавать миниатюрные радиопередатчики, обладающие отличными параметрами.

При этом сам передатчик можно уместить в объеме 1 кубического сантиметра, а вместе с миниатюрным микрофоном — 1.5-2 см^2.

Литература: Рудомедов Е.А., Рудометов В.Е — Электроника и шпионские страсти-3.

Источник

Adblock
detector