Рис. 10.1. Колебательный контур (а) и форма затухающих колебаний (б)

В LC-генераторах всегда используются свойства параллельного резонансного контура, в котором при соответствующих условиях могут возникнуть затухающие колебания. Явление затухания, вызванное сопротивлением в контуре, возникают уже в первом периоде работы, как только через катушку начинает протекать ток. Поэтому амплитуда напряжения во втором периоде уже меньше, чем начальная амплитуда.

Для получения постоянной амплитуды колебаний (или поддержания незатухающих колебаний в контуре) необходимо в каждый период пополнять энергию, теряемую в контуре, от внешнего источника питания с помощью усилителя с ПОС.

Ко входу усилителя, взаимодействующего в составе генератора, подводится часть сигнала, действующего в резонансном контуре. Полярность этого сигнала должна быть подобрана таким образом, чтобы выходной сигнал усилителя был в фазе с сигналом в резонансном контуре. Усиленное напряжение подводится непосредственно к резонансному контуру. Усилитель должен поставлять энергию в контур только в течение небольшой части периода. Эту задачу лучше всего выполняет усилитель класса С. Во время коротких периодов проводимости активного элемента протекающий через усилитель ток дает энергию, обеспечивающую требуемые условия работы контура. Легко видеть, что усилитель (транзистор) действует как ключ, автоматически размыкаемый и замыкаемый генерируемым напряжением.

Как уже указывалось в гл. 8, ПОС должна быть такой, чтобы удовлетворялось условие баланса амплитуд. Следует добавить, что переход к работе в классе С должен происходить автоматически с помощью RС-цепи во входной цепи, для того чтобы было возможно самовозбуждение колебаний.

Принципиальная схема генератора с индуктивной ОС показана на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Принципиальная схема генератора с индуктивной ОС

Характерной особенностью этого генератора являются две катушки, из которых одна совместное подключенным параллельно конденсатором образует колебательный контур. Конденсатор может быть подключен к катушке в цепи базы либо в цепи коллектора. Вторая катушка является катушкой связи, ее задача состоит в передаче части энергии с выхода на вход схемы. Обратная связь в схеме должна быть положительной. Будет ли ОС положительной, зависит от относительного направления навивки катушек. В общем можно принять, что если катушки навиты в одном направлении, то одна из них должна иметь обращенные концы. Степень ОС зависит от взаимной индуктивности М между катушками. Рост M, а следовательно, и коэффициента связи χ вызывает увеличение ОС.

При подведении к схеме напряжения питания начинает заряжаться конденсатор резонансного контура и в схеме возникают колебания. После возбуждения колебаний схема автоматически переходит в режим работы в классе С.

Работу в классе С обеспечивает схема динамического смещения базы, содержащая резистор R₁ и конденсатор С₁. Если амплитуда колебаний возрастает, то увеличивается постоянное напряжение на конденсаторе С₁ и уменьшается в последующих периодах угол (время) протекания тока коллектора. Генератор работает в установившемся режиме, если потери в контуре уравновешиваются выходной мощностью переменного тока в транзисторе. Потери в рассматриваемой схеме включают в себя потери в транзисторе, катушке в цепи коллектора, резонансном контуре и ограничивающем сопротивлении. Последним является эмиттерный резистор, который ограничивает до безопасного значения ток в первый момент после включения схемы.

Схема дополнительного смещения базы стабилизирует выходное напряжение генератора. Частота колебании в генераторе с индуктивной ОС близка к резонансной частоте контура и может изменяться путем изменения емкости конденсатора. Процесс изменения частоты колебаний путем изменения значений элементов контура называется перестройкой генератора. Выходное напряжение генератора обычно снижается посредством конденсатора связи, подключенного к коллектору транзистора, либо третьей обмотки трансформатора.

Существует много схемных разновидностей генератора с индуктивной ОС, отличающихся размещением резонансного контура, способом питания, схемой работы активного элемента, самим активным элементом и т. п

На рис. 10.3 изображено несколько вариантов схем. Особого внимания заслуживает схема на рис. 10.3, а, в которой база транзистора питается переменным напряжением с части обмотки катушки резонансного контура. Такое включение предотвращает демпфирование резонансного контура транзистором.

Некоторые из представленных схем запитываются последовательно, другие параллельно. В схеме с последовательным питанием постоянная составляющая тока коллектора протекает через одну из катушек генератора. При параллельном питании постоянная составляющая тока коллектора не протекает через катушки, так как она отделена с помощью шунтирующего конденсатора С_ш. Последовательно с коллектором включен высокочастотный дроссель, который обеспечивает большое сопротивление между коллектором и массой. В схеме на рис. 10.3, б подстроечный конденсатор находится в цепи коллектора. Недостатком такого решения является высокий потенциал конденсатора относительно массы. В этом случае подстроечный конденсатор и его ось должны быть изолированы от монтажной платы (шасси).

Рис. 10.3. Схемы генераторов с индуктивной ОС:

_{а — с контуром в цепи базы транзистора; б — с перестраиваемым контуром в цепи коллектора и последовательным питанием; в — схема с параллельным питанием; г — генератор по схеме с ОБ; д — ламповый генератор с параллельным питанием}

Схема подобного генератора изображена на рис. 10.4, а. Это одна из наиболее часто используемых схем. Трехточечный генератор с индуктивной ОС характеризуется использованием в настраиваемом контуре разделенной катушки L. Отсюда происходит и другое название трехточечного генератора — генератор с разделенной индуктивностью. Из эквивалентной схемы (рис. 10.4, б) следует, что одна часть катушки (L₂ + М) включена между базой и массой, а другая (L₁ + М) — между коллектором и массой. Следовательно, обе части катушки L совместно с конденсатором С образуют четырехполюсник, соединяющий коллектор с базой. Можно показать, что сдвиг фазы между напряжением на коллекторе и напряжением на базе или между входом и выходом четырехполюсника составляет 180°[24], что необходимо для поддержания колебаний. Усиление в схеме зависит от коэффициента передачи по току транзистора. Обычно отвод выполняется на 1/10 длины всей катушки. Остальные элементы схемы на рис. 10.4 выполняют те же функции, что и генератор с индуктивной ОС. Резисторы R₁, R₂ и конденсатор С₁ образуют цепь смещения. Конденсатор С₂ заземляет по переменному току отвод катушки, а резистор R_а цепи эмиттера ограничивает ток коллектора до безопасного максимального начального значения. Несмотря на последовательное питание, в схеме имеется высокочастотный дроссель, который разделяет резонансный контур и положительный зажим источника напряжения питания.