Проектирование низкочастотного генератора (F = 10 кГц)

можно ли использовать в качестве автогенератора ту или иную электронную цепь, судят по результатам, получаемым при решении систем дифференциальных уравнений, предаставляющих математическую модель данной электронной цепи. Если из решения следует, что электронная цепь имеет одно или несколько устойчивых состояний равновесия и при внешних или внутренних возмущениях, выводящих ее из этого состояния, с течением времени стремится вернуться к этому или другому устойчивому состоянию равновесия, то подобная цепь не может быть использована в качестве автогенератора. В автогенераторной цепи любое достаточно малое возмущающее воздействие приводит к периодическому изменению состояний системы, которые нарастают с течением времени до тех пор, пока их значения не будут ограничены нелинейностями цепи.

Среди автогенераторов можно выделить генераторы синусоидальных колебаний и импульсные генераторы. Генераторы синусоидальных колебаний подразделяют на автогенераторы типа LC и автогенераторы типа RC.

2 Генераторы типа LC

Генераторы типа LC имеют сравнительно высокую стабильность частоты колебаний, устойчиво работают при значительных изменениях параметров транзисторов, обеспечивают полечение колебаний, имеющих малый коэффициент гармоник. К недостаткам их относятся трудности изготовления высокостабильных температурно-независимых индуктивностей, а также высокая стоимость и гомоздкость последних. Это особенно проявляется при создании автогенераторов диапозона инфранизких частот, в которых даже при применении ферромагнитных сердечников габаритные размеры, масса и стоимость получаются большими.

В генераторах типа LC форма выходного напряжения весьма близка к гармонической. Это обусловлено хорошими фильтрующими свойствами колебательного LC – контура. Они, как правило, работают с “отсечкой” коллекторного тока. Соответственно форма коллекторного тока резко отличается от синусоидальной. При этом в начальный момент возникновения автоколебаний >>1, что обеспечивает устойчивую работу автогенератора даже при значительных измененияхпараметров его элементов. Для самовозбуждения генераторов типа LC необходимо наличие положительной обратной связи.

Сущность самовозбуждения заключается в следующем. При включении источника питания конденсатор колебательного контура, включенного чаще всего в коллекторную цепь, заряжается. В контуре возникают затухающие автоколебания, причем часть тока (напряжения) подается на управляющие электроды транзистора, образуя положительную обратную связь. Это приводит к пополнению энергии LC-контура, а автоколебания превращаются в незатухающие.

2.1 Транзисторный автогенератор с трансформаторной обратной связью

Одна из возможных схем транзисторного LC-автогенератора приведена на рис.1. Колебательный контур, который включен в коллекторную цепь транзистора, образован индуктивностью L₁ и конденсатором С. Обратная связь трансформаторного типа осуществлена с помощью обмотки W₂, подключенной к базе транзистора. Начальное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки, задается резисторами R₁ и R₂. Их выбирают так, чтоба после включения транзистор находился в активной области вблизи границы отсечки. Тогда возмущения, неизбежные в любой реальной схеме, вызовут малые колебания в L₁C-контуре, амплитуда которых благодаря наличию положительной обратной связи и нахождению транзистора в активной области начнет возрастать.

R_ф          -Е_к 

L₁

С_ф                                     

                    R₁        W₂              W₁            C  

           i₂                                                                                U_вых  

                                       Т

U_б                                                                   U₃

R₂                         C_б   R_э                               С₃

                                                                                0

Рис. 1 Схема LC-автогенератора на биполярном транзисторе

По мере нарастания амплитуды колебаний транзистор из режима А, который был характерен для малых амплитуд, последовательно