Методика проектирования электрических схем диодных автогенераторов

Обобщенную схему АГ гармонических колебаний с использованием в качестве активного элемента биполярного транзистора можно представить в виде рис. 23.

Рис.23.

Аналогичную схему можно представить и для АГ с другими усилительными элементами, поскольку здесь не показаны элементы, обеспечивающие рабочую точку. Общий принцип выбора элементов схемы не зависит от типа усилительного элемента.

В качестве элементов используются емкости и индуктивности (или расстроенные контура, представляющие собой эквивалентные емкости или индуктивности) с малыми потерями. Поэтому их можно в первом приближении считать чисто реактивными, т.е.

,

причем для индуктивного элемента X > 0, а для емкостного – X < 0. Действительно

.

Для того, чтобы схема выполняла функции автогенератора гармонических колебаний, на частоте генерации должны выполняться балансы амплитуд и фаз.

При включении транзистора с общим эмитером входом является промежуток база-эмитер, выходом - коллектор-эмитер. Следовательно, коэффициент усиления определяется как

.

На резонансной частоте можно принять

.

Для выполнения баланса фаз должно быть обеспечено . Так как цепь обратной связи состоит из

делителя, образованного элементами и , т.о.

.

Это означает, что соответствующие реактивности должны иметь разный знак: если , то , или если , то , при этом должно выполняться неравенство|X_КБ| > |X_БЭ|.

Колебательный контур в целом образован всеми тремя элементами. На резонансной частоте сумма реактивных сопротивлений равна нулю, т.е.

,

(1)

или , откуда

,

(2)

т.е. реактивности и должны иметь одинаковые знаки. Уравнения (1) и (2) определяют условия, которым должны удовлетворять реактивные сопротивления, включенные между электродами усилительного элемента. Это отражено заливкой на рис. 24.

Рис. 24.

Итак, возможны два варианта построения схемы:

1. и - индуктивности, - емкость;

2. и - емкости, - индуктивность.

Соответственно этим вариантам схема с двумя индуктивностями называется индуктивной трехточечной схемой, или индуктивной трехточкой (рис. 25,а); схема с двумя емкостями – емкостной трехточкой (рис. 25,б).

а)

б)

Рис. 25

При рассмотрении общего принципа построения схем АГ не принимались во внимание межэлектродные емкости транзисторов. Поэтому коэффициент обратной связи оказался независимым от частоты. Однако при работе на частотах, близких к граничной частоте транзистора, эти емкости начинают оказывать влияние. Аргумент комплексной крутизны S₁ может достигать 90⁰, следовательно будет отличаться от 180⁰.Учитывая межэлектродные емкости транзистора можно построить АГ, в котором каждый элемент трехточки включает и свою емкость транзистора.

На рис. 26а показана схема двухконтурной трехточки с общим эмиттером.

а)

б)

Рис. 26.

Здесь емкость в цепи коллектор-база определяется емкостью перехода, а контуры и должны на частоте генерации являться эквивалентными индуктивностями. Т.к. эквивалентная индуктивность в цепи коллектор-эмиттер должна быть больше , то частота генерации будет ближе к резонансной частоте базового контура. Чем больше расстройка (w _г -w_р) , тем больше величина эквивалентной индуктивности.

На рис. 26.б показаны АЧХ обоих контуров. Так как контур в цепи б-э расстроен меньше, его эквивалентная индуктивность меньше. Обычно этот контур является частотозадающим в автогенераторе.

Схема, показанная на рис. 27, (контуры в цепях к-б и б-э) должна иметь эквивалентные реактивности контуров разных знаков.

а)

б)

Рис. 27.

Здесь частота генерации лежит между резонансными частотами контуров: w _р,1 <w _г<w _р,2. Эта схема называется схемой с общей базой.