Генераторы с параметрической стабилизацией частоты.

 Название "параметрическая стабилизация" предполагает, что стабильность генерируемой частоты должна поддерживаться за счет выбора оптимального режима работы транзистора, за счет применения высококачест-

венной и высокодобротной контурной катушки, за счет применения в колебательном контуре конденсаторов с малым температурным коэффициентом емкости.

 Существует довольно большое разнообразие схем транзисторных генераторов с параметрической стабилизацией, однако наибольшей популярностью среди радиолюбителей пользуются генераторы по так называемой «схеме индуктивной трехточки» и «схеме емкостной трехточки». На рис. 5.1 показана схема генератора, выполненного по схеме емкостной трехточки

Активным элементом генератора на рис. 5.1 является транзистор VT1 типа КТ368. Это высокочастотный и малошумящий транзистор, который способен создать хорошее качество генерируемого сигнала.

 Рабочая частота генератора задается индуктивностью катушки L1 и суммарной величиной емкостей конденсаторов С1. С2. СЗ и С4. Перестройка рабочей частоты может осуществляться либо изменением емкости конденсатора С1. либо изменением индуктивности катушки L1 Все перечисленные элементы находятся в цепи базы транзистора VT1.

 В цепи коллектора этого транзистора находится еще один колебательный контур, настроенный на частоту в два (или в три) раза выше рабочей частоты генератора. В таком случае говорят, что контур в цепи коллектора транзистора VT1 настроен на вторую (или третью) гармонику вырабатываемых генератором электромагнитных колебаний. На выходе 1 и 2 мы получим сигналы с частотой заданной гармоники.

 Несмотря на наличие в цепи коллектора некоторого колебательного контура, можно считать, что транзистор VT1 включен по схеме с общим коллектором. Дело в том, что находящийся в цепи коллектора контур настроен на частоту, которая намного выше рабочей частоты генератора и поэтому сопротивление этого контура незначительное, можно сказать - стремится к нулю

 Если от генератора нужно получить только сигнал рабочей частоты, то коллектор транзистора VT1 следует напрямую соединить с источником питания, как это сделано в схеме на рис. 5.2. Это будет уже классическое

включение транзистора по схеме с общим коллектором (или стоком, если транзистор полевой).

Рассмотрим подробнее работу всех основных элементов схемы генератора.

 Цепь смещения. Компоненты цепи смещения R1, R2 и R3 выбираются из условия обеспечения заданного тока покоя. Цепь смещения рассчитывается и настраивается так же, как для обычной рабочей точки усили-

теля. Сигнал обратной связи, который поступает с эмиттера через С1, всегда присутствует на входе, поэтому транзистор постоянно находится в режиме колебаний.

 При любых транзисторах ток через них должен обеспечивать требуемую выходную мощность При правильном соотношении смещения и обратной саязи выходная мощность генератора составляет приблизитель-

но 0,3 мощности, потребляемой от источника питания.

 Обычно падение напряжения на L2 и R4 весьма мало, поэтому коллекторное (или стоковое) напряжение равно напряжению питания Следовательно, для нахождения величины необходимого тока (при заданных величинах напряжении питания и выходной мощности) необходимо значение выходной мощности разделить на 0,3 и на величину напряжения питания. Кстати, резистор R4 служит для предотвращения возбуждения генератора на паразитных частотах и ставить его нужно только в крайних случаях явного нарушения работы генератора.

Сигнал обратной связи. Выходной сигнал появляется на коллекторе (или стоке) транзистора. При правильном соотношении цепей смещения и обратной связи напряжение выходного сигнала составляет около 90% напряжения питания. Глубина обратной связи определяется соотношением емкостей СЗ и С4. Например, если они равны, то сигнал обратной связи равен половине выходного сигнала. Если емкость конденсатора С4 в три раза больше емкости конденсатора СЗ, то сигнал обратной связи составляет приблизительно 0,25 напряжения выходного сигнала.

 Может возникнуть необходимость изменить величину СЗ по отношению к С4 для того, чтобы установить более подходящее соотношение параметров цепей смещения и обратной связи. Например, если емкость С4

уменьшать, то глубина обратной связи будет возрастать и генератор будет работать в режиме, близком к классу С. С увеличением значения С4 при постоянной емкости СЗ глубина обратной связи уменьшается и режим работы генератора приближается к классу А. Необходимо помнить, что любое изменение С4 (или СЗ) приводит к изменению частоты генерации. Следовательно, для поддержания неизменной рабочей частоты,

при изменении отношения С4/СЗ необходимо изменять значение индуктивности L1.

 В качестве первого приближения можно считать, что сигнал обратной связи должен быть равен или больше напряжения отсечки транзистора. При нормальных условиях такой сигнал будет достаточен дпя преодо-

ления фиксированного (устанавливаемого резисторами R1, R2 и R3) смещения. Величина сигнала обратной связи обычно лежит в пределах 10...40%, а при условии наилучшей стабильности — в пределах 15...25%напряжения выходного сигнала. Иногда, в целях уменьшения шумов гетеродина, устанавливают максимальную величину напряжения обратной связи

 Частота генерации схемы определяется резонансной частотой контура, в который входят L1, С1, С2, СЗ и С4. Заметим, что конденсаторы С2, СЗ и С4 включены последовательно, поэтому общая емкость должна быть

найдена с помощью соответствующего соотношения Необходимо также учитывать, что входная емкость транзистора складывается с емкостью С1. На низких частотах входной емкостью можно пренебречь, поскольку ее величина пренебрежимо мала по сравнению с типичными значениями емкости С1. На высоких частотах, когда значения емкости С1 становится соизмеримым с входной емкостью, входная емкость транзистора

имеет большое значение.

 Например, если входная емкость равна 3 пФ, а для интересующей частоты необходима емкость С1, равная 1000 пФ или более, влияние выходной емкости незначительно.

 Если же значение емкости С1 уменьшается до 5 пФ, то вместе с параллельной ей входной емкостью транзистора они образуют общую емкость, равную 8 пФ, т.е. входная емкость должна быть учтена в расчете частоты резонанса.

 Входная емкость транзистора не всегда приводится в паспортах на приборы. Емкость. представляющая выходную емкость транзистора (между истоком и стоком для полевых и межцу коллектором и эмиттером для биполярных транзисторов), состоит из собственно выходной емкости и емкости обратной связи, которой, в силу ее малости по сравнению с выходной емкостью транзистора обычно пренебрегают.

 Конденсатор С1 может быть переменным, но иногда бывает проще сделать переменной индуктивность катушки.

 Значение емкости С4 обычно в три раза больше емкости СЗ (или суммы емкостей С1, С2 и входной емкости транзистора, где это имеет смысл). Таким образом, напряжение обратной связи (поступающее на базу с

истока или эмиттера транзистора) составляет приблизительно 0,25 общего напряжения выходного сигнала (или около 0,2 напряжения питания при правильном соотношении обратной связи и смещения).

 Резонансная цепь. Для обеспечения требуемой частоты может быть использовано сочетание любых катушек индуктивности и конденсаторов, т.е. катушка может быть выполнена очень большой или очень малой

для соответствующих значений емкостей конденсаторов Часто на резонансные цепи накладываются практические ограничения (такие, как параметры имеющихся готовых катушек переменной индуктивности).

 Если нет специфических ограничений ориентировочное значение емкости С1 выбирают из расчета 2 пФ на 1 ы длины волны. Например, если частота равна 30МГц, то длина волны равна 10 м, и емкость должна быть равна 20 пФ. Длину волны в метрах находят из выражения.

Длина волны = 300/(частота, МГц).

 На частотах ниже 1,5 МГц выбор емкости из расчета 2 пФ на 1 м длины волны может привести к необходимости использования очень больших катушек индуктивности. В этом случае емкость можно выбирать из расчета 20 пФ на 1 м длины волны.

 Величина индуктивности L выбирается из условия обеспечения требуемой частоты с помощью выражения:

L = (2,53 * 10*) / (f х С), где L имеет размерность в мкГн; f имеет размерность в МГц: С имеет размерность в пФ.

 Другой метод нахождения реальных значений компонентов резонансной цепи состоит в применении катушек индуктивности, имеющих на рабочей частоте реактивное сопротивление 80...100 Ом. Это приближение особенно полезно для низких частот (ниже 1 МГц).

 В Интернете на сайте, расположенном по адресу http://r3xb.by.ru/, в разделе «Программы» находится программа INDUKTIW, с помощью которой можно легко рассчитать параметры любых катушек и емкости групп

конденсаторов.

 Выходная цепь. Выходной сигнал для следующего каскада может быть снят или непосредственно с катушки индуктивности L2 с помощью выходной обмотки L3 (для низкоомных нагрузок) или конденсатора связи С7

(для высокоомных нагрузок). Обычно более удобна выходная цепь с конденсатором связи С7, который можно взять переменным .Это дает возможность подключать генератор к переменной нагрузке (изменяющей сопротивление с изменением частоты). Если в коллекторной цепи VT1 генератора нет колебательного контура и коллектор непосредственно соединен с источником питания, то выходной сигнал берется с эмиттера.

 Заметим, что КПД генератора в случае использования умножителя частоты уменьшается. Поэтому обычно генератор выдает на выход рабочую частоту, а дальнейшее умножение частоты выполняется в последующих специальных каскадах

 Шунтирующий и разделительный конденсаторы. 

Величина емкости шунтирующего конденсатора С5 должна быть такой, чтобы емкостное сопротивление его на рабочей частоте генератора не превышало 5 Ом. Допустимо и большее сопротивление (200 Ом), но вследствие малой мощности сигнала предпочтительнее низкое реактивное сопротивление.

 Величина разделительной емкости С2 должна быть равна (примерно) емкости конденсатора С1 Величина разделительной емкости С7 должна быть равна сумме выходной емкости транзистора и емкости Сб.

 Если конденсатор С7 является переменным, то среднее значение его емкости должно быть равно указанной сумме емкостей.

Высокочастотный дроссель.

 Высокочастотный дроссель Др1 служит для предотвращения утечки сигнала с эмиттера через резистор R3.

 Величина индуктивности дросселя Др1 должна быть такой, чтобы его реактивное сопротивление на рабочей частоте находилось в пределах 1...3 кОм. Допустимый ток дросселя должен быть больше (по крайней мере на 10%), чем максимально возможный постоянный ток. Следует заметить, что большое реактивное сопротивление требуется на рабочей частоте. Но на высоких частотах это может привести к большому падению напряжения на дросселях, имеющих большую индуктивность, или к дросселям слишком больших размеров

Тяпичев Г.А

Продолжение следует...