Один з видів генераторів синусоїдальних коливань використовують для завдання частоти RC-елементи. Такі генератори досить складні, вимагають спеціальних заходів щодо стабілізації амплітуди коливань і не відрізняються високою стабільністю частоти.
Надійніше і краще працюють генератори з паралельним коливальним контуром в як частотозадаючого елемента - їх часто називають LC-генераторами. Нагадаємо, що паралельний коливальний контур містить конденсатор і котушку індуктивності. Якщо заряджений конденсатор підключити до котушці, то в утворився контурі (рис. 47) виникнуть затухаючі коливання. Їх частота визначається формулою Томсона: fo = 1/2π(LC)1/2.
Коливання тривали б нескінченно, якби в контурі не було втрат енергії, наприклад, на активному опорі проводу котушки. Крім того, якусь. нехай і невелику частину енергії треба віддавати в навантаження генератора!
Чим менше втрати енергії, тим вище добротність контуру, яка дорівнює числу коливань до моменту зменшення їх амплітуди приклад але в 10 разів. Цей факт мало кому відомий. Втрати в контурному конденсаторі звичайно малі в порівнянні з втратами в котушці, тому добротність контуру практично дорівнює добротності котушки, що визначається як відношення реактивного опору котушки до активному.
Добротність радіочастотних котушок діапазонів ДВ, СВ і KB лежить зазвичай в межах 30...300, в залежності від розмірів і якості виконання. Великі котушки, намотані для діапазонів ДВ і СВ спеціальним багатожильним проводом (ЛЗШО - литцендратом) або товстим посрібленим проводом для діапазону KB, мають зазвичай і велику добротність.
Значно скоротити розміри котушок при збереженні високої добротності дозволяють магнітопроводи (осердя) з високочастотного фериту або іншого магнитодиэлектрика (магнетиту, оксифера, карбонільного заліза). Однак при використання таких котушок у генераторах треба звертати увагу на температурну залежність властивостей магнітопровода, щоб не погіршити стабільність частоти генератора.
Добротність контуру визначає і ширину його резонансної кривої. Вона характеризує залежність амплітуди коливань в контурі від частоти при порушення його від стороннього джерела синусоїдальних коливань. Зв'язок джерела з контуром для отримання правильних результатів повинна бути дуже слабкою при збігу частоти коливань джерела з резонансною частотою контуру амплітуда коливань в ньому максимальна, а при розладі вона зменшується. Ширина резонансної кривої по точках, де амш!итуда падає до 0,7 (на 3 дБ), назад пропорційна добротності: 2Δf=f/Q (рис, 47).
Основна ідея побудови генераторів з LC-контуром полягає в наступному: спад енергії в контурі в процесі коливань повинна заповнюватися підсилювальним елементом, збудження від того ж контура, в повній відповідності з рис. 44. При цьому повинні виконуватися дві умови: баланс баланс амплітуд і фаз.
Перша умова вимагає, щоб енергія, що підводиться до контуру від підсилювального елементи, в точності дорівнювала втрат енергії в самому контурі і в ланцюгах зв'язку з навантаженням. При більш слабкою зворотного зв'язку коливання загасають і генерація припиняється, при більш сильною - амплітуда наростає і підсилювальний елемент або входить в режим обмеження, або закривається напругою, вироблюваним ланцюгом стабілізації амлітуди. В обох випадках посилення зменшується, відновлюючи баланс амплітуд.
Умова балансу фаз полягає в тому, щоб коливання від підсилювального елемента підбивалися до контуру синфазно з його власними. Отже, загальний фазовий зсув по петлі зворотного зв'язку повинен бути нульовим. Втім, невеликий фазовий зрушення, внесений підсилювачем, може компенсуватися контуром. Фазовий зсув коливань в контурі (щодо збуджуючих) становить 0 на резонансній частоті і досягає ±π/4 при розладі частоти на ±Δf відповідно до фазової характеристикою контуру. При наявності фазового зсуву в підсилювальному елементі коливання будуть порушуватися не на резонансній частоті, а десь збоку від неї, що, звичайно, небажано.
Історично перший LC-генератор був винайдений Мейсснером в 1913 р. (німецьке товариство бездротового телеграфу) і потім удосконалено Роундом (англійська фірма Марконі). У ньому використовувалася індуктивна зворотний зв'язок (рис. 48).
Коливання від контуру L2C2 підводяться до сітці лампи VL1. Її анодний струм, змінюється в такт з коливаннями в контурі, що протікає через котушку зв'язку і, і енергія посилених коливань надходить назад в контур. Для правильної фазування обидві котушки повинні включатися так, як показано на малюнку (початку обмоток, намотаних в одну сторону, позначені крапками). Регулювати зворотний зв'язок можна, змінюючи відстань між котушками.
Для стабілізації амплітуди коливань служить гридлик - ланцюжок C3R1 (до речі, в самому першому генераторі Мейсснера її ще не було). Діє вона так: під час позитивних напівперіодів коливань на сітці частина електронів притягається на неї і заряджає праву за схемою обкладку конденсатора C3 мінусовим напругою. Воно зміщує робочу точку на ділянку характеристики з меншою крутизною (лампа трохи закривається), і посилення зменшується. Резистор "витоку сітки" R1 дозволяє накопичуються заряду стікати на катод, інакше лампа закрилася б зовсім.
Конденсатор С1 служить для замикання струмів високої частоти на загальний провід ("землю") - адже зовсім не потрібно, щоб вони протікали через джерело живлення, створюючи наводки і перешкоди іншим елементам пристрою, в якому використаний генератор.
Надалі американською фірмою "Вестерн Електрик" були розроблені більш прості і вчинені генератори - індуктивна "трехточка" Хартлі (1915 р) і ємнісна "трехточка" Колпитца (1918). Ми навмисно навели імена винахідників, оскільки схеми їх генераторів практично не змінилися за більш ніж три чверті століття, і до цих пір в технічній літературі зустрічаються назви "схема Мейснера" або "схема Колпитца" без пояснення, що це таке. Елементна база проте значно змінилася, і в якості прикладу розглянемо генератор, виконаний за схемою індуктивної трехточкі (Хартлі) на сучасному польовому транзис торі з ізольованим затвором (рис. 49).
За принципом дії такий транзистор багато в чому подібний трехэлектродчой радіолампи - триоду, але струм в ньому протікає не у вакуумі, а в товщі напівпровідника, де технологічно створений проводить канал між стоком (верхній за схемою висновок) і витоком (нижній висновок). Провідність каналу управляється напругою на затворі - електроді, розташованому дуже близько до каналу, але ізольованому від нього. При подачі на затвор негативного напруги його полі як би "перетискає" канал і струм стоку зменшується. Якщо ж подано і збільшується позитивна напруга, провідність каналу зростає і струм стоку збільшується. У будь-якому випадку струм затвора відсутня, і це змусило доповнити гридлик C2R1 - ланцюг стабілізації амплітуди - діодах VD1, детектуючим надходять на затвор коливання і створює негативне зміщення при зростанні їх амплітуди.
Коливання на затвор подаються з контуру l 1 с 1, що визначає частоту генератора. Гідність польового транзистора в тому, що його вхідний опір на радіочастотах дуже велике, і воно практично не шунтує контур, не вносячи в нього додаткових втрат. Зворотній зв'язок створюється підключенням витоку транзистора до частини витків котушки L1 (зазвичай від 1/3 до 1/10 загальної кількості витків).
Працює генератор так: при позитивній полуволне коливань на верхньому по схемою вивід контуру збільшується струм транзистора, який "підкидає" контур чергову порцію енергії.
По суті справи, транзистор в цьому генераторі включений истоковым повторювачем, і фаза коливань на витоці збігається з фазою коливань на затворі, що і забезпечує баланс фаз. Коефіцієнт передачі повторювача напруги менше одиниці, проте котушка по відношенню до джерела включена як підвищувальний автотрансформатор. В результаті повний коефіцієнт передачі по петлі зворотного зв'язку стає більше одиниці, забезпечуючи баланс амплітуд.
В якості іншого прикладу розглянемо генератор, виконаний за схемою ємнісної "трехточкі" на біполярному транзисторі (рис. 50). Власне генератор зібраний на транзисторі VT1. Його режим по постійному струму задається в дільником ланцюги бази R1R2 і опором емітерного резистора R3 (ми вже розглядали такі схеми в розділі про підсилювачах). Коливальний контур генератора утворений котушкою індуктивності L1 та ланцюжком з трьох послідовно включених конденсаторів С1-C3. До відведень отриманого ємнісного дільника не підключені тільки емітер, але і база транзистора. Це продиктовано бажанням зменшити шунтування контуру транзистором - адже вхідний опір біполярного транзистора відносно невелика.
Практично ємності конденсаторів С2 і C3, шунтуючих переходи транзистора, намагаються вибрати побільше, а ємність С1 - мінімально необхідної для виникнення коливань. Це покращує стабільність частоти. В іншому робота генератора відбувається так само. як і попереднього.
Каскад на транзисторі VT2 - так званий буферний каскад - служить для ослаблення впливу каскадів на генератор. Транзистор включений эмиттерным повторювачем і отримує зміщення безпосередньо з емітера генераторного транзистора VT1. Додатково зв'язок ослаблена резистором R4. Всі вжиті заходи дозволяють довести відносну нестабільність частоти описаного генератора до такої малої величини, як 0,001 %, тоді як у звичайних LC-генераторів, вона на порядок гірше.
В радіомовних і телевізійних приймачах використовують більш прості генератори за схемою ємнісної трехточкі, типова схема одного з яких показана на рис. 51.
Тут контур L1C3 включений в колекторних ланцюг транзистора, база по високій частоті з'єднана з загальним проводом через конденсатор С2, а зворотній зв'язок подається на емітер через ємнісний дільник С4С5. Включення транзистора по схемі з спільною базою дозволяє отримати особливо високі частоти генерації, близькі до граничних для даного типу транзистора. Сигнал генератора знімають з котушки зв'язку L2.
Автор: Ст. Поляків, р. Москва