LC-генераторы с емкостной связью

В названии LC-генераторов с емкостной связью отражена их отличительная особенность, которая заключается в использовании цепи положительной ОС, обеспечивающей емкостную связь между входом и выходом активного элемента. Схемотехнические решения таких генераторов высокочастотных колебаний довольно часто применяются в миниатюрных транзисторных радиопередатчиках и радиомикрофонах. Принципиальная схема одного из вариантов LC-генератора с емкостной связью, основу которого составляет биполярный транзистор n-p-n проводимости, приведена на рис. 3.3.

[Картинка: i_024.jpg]

Рис. 3.3. Принципиальная схема LC-генератора с емкостной обратной связью (вариант 1)

В рассматриваемой схеме транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером. Положение рабочей точки транзистора определяется величинами и соотношением сопротивлений резисторов R1 и R2. В состав мостовой схемы стабилизации положения рабочей точки помимо резисторов R1 и R2 входит резистор R3, включенный в цепи эмиттера транзистора VT1.

По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общей базой. При этом база транзистора заземлена по высокой частоте через конденсаторы С1 и С2. Входным электродом активного элемента по высокой частоте в данном случае является эмиттер транзистора VT1. Резонансный контур, образованный конденсаторами С3, С4 и катушкой L1, включен на выходе активного элемента, а именно в цепи коллектора транзистора.

Для схемы с общей базой характерно отсутствие фазового сдвига между входным и выходным напряжениями. Дело в том, что, например, при отрицательной полуволне входного напряжения токи эмиттера и коллектора транзистора VT1 соответственно возрастают. В результате увеличивается падение напряжения на нагрузке, то есть на коллекторе транзистора присутствует отрицательная полуволна выходного напряжения.

Цепь положительной обратной связи образована конденсатором С5, который включен между коллектором и эмиттером транзистора VТ1. При прохождении через эту цепь ПОС фаза сигнала не изменяется. При достаточной глубине обратной связи (при соблюдении условия баланса амплитуд) каскад переходит в режим генерации высокочастотных колебаний в FM-диапазоне с частотой около 100 МГц.

Особенностью данной схемы является то, что колебания возникают и устойчиво генерируются и при сравнительно низком значении напряжения питания, например, при напряжении 3 В. Помимо этого, при использовании соответствующего транзистора, имеющего высокую граничную частоту, частота колебаний генератора может достигать значений, бо?льших, чем 100 МГц.

Принципиальная схема еще одного варианта LC-генератора с емкостной связью приведена на рис. 3.4.

[Картинка: i_025.jpg]

Рис. 3.4. Принципиальная схема LC-генератора с емкостной обратной связью (вариант 2)

В этой схеме транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером, а по переменному току – по схеме с общей базой, которая заземлена по высокой частоте через конденсатор С1. Входным электродом активного элемента по переменному току, как и в рассмотренной ранее конструкции, является эмиттер транзистора VT1. Резонансный контур, образованный конденсатором С2 и катушкой L1, включен в цепь коллектора транзистора. Цепь положительной обратной связи образована конденсатором С3, который включен между коллектором и эмиттером транзистора VТ1.

Однако для данной конструкции характерны некоторые схемотехнические особенности. Положение рабочей точки транзистора VТ1 определяется величиной сопротивления резистора R1. Выходной сигнал генератора снимается с точки подключения конденсатора С3 цепи ОС к эмиттеру транзистора.

Трехточечные LC-генераторы

В конструкциях малогабаритных транзисторных радиопередающих устройств широкое распространение получили ВЧ-генераторы с трехточечным включением резонансного контура, то есть выполненных по схеме так называемой трехточки. Этот термин основан на применяемых при разработке таких устройств соответствующих схемотехническихрешениях, для которых характерно подключение резонансного контура к активному элементу в трех точках.

Необходимо отметить, что в специализированной литературе и в сети Интернет можно найти большое количество конструкций транзисторных трехточечных LC-генераторов, которые представляют собой модификации основополагающих схемотехнических решений и лишь на первый взгляд имеют принципиально значимые отличия от классических схем. В связи с ограниченным объемом предлагаемой книги в данном разделе будут рассмотрены особенности построения и функционирования транзисторных трехточечных LC-генераторов, основу которых составляют лишь наиболее часто применяемые при создании миниатюрных радиопередатчиков схемотехнические решения.

В зависимости от схемы включения по высокой частоте активного элемента транзисторного ВЧ-генератора возможны три основных варианта включения как индуктивной, так и емкостной трехточек: по схеме с общей базой, по схеме с общим эмиттером и по схеме с общим коллектором. Упрощенные принципиальные схемы транзисторных трехточечных LC-генераторов приведены на рис. 3.5. Особенностью данных схемотехнических решений является включение активного элемента (биполярный транзистор) по переменному току по схеме с общей базой.

[Картинка: i_026.jpg]

Рис. 3.5. Упрощенные принципиальные схемы LC-генераторов с индуктивной (а) и емкостной (б) трехточками

В высокочастотном LC-генераторе, выполненном по индуктивной трехточечной схеме (рис. 3.5а), резонансный контур (селективный элемент) образован включенными последовательно катушками L1, L2 и подключенным параллельно им конденсатором С1. Этот контур включен в цепь выходного электрода активного элемента, то есть в цепь коллектора транзистора VT1. В процессе генерации сигнал обратной связи снимается с точки соединения катушек L1, L2 и подается в цепь эмиттера, который является входным электродом активного элемента. Таким образом, селективный элемент оказывается подключенным к транзистору в трех точках. На практике в индуктивных трехточечных генераторах вместо двух катушек применяется одна катушка с отводом, поэтому часто такую схему называют трехточкой по схеме Хартли.

В высокочастотном LC-генераторе, выполненном по емкостной трехточечной схеме (рис. 3.5б), резонансный контур образован включенными последовательно конденсаторами С1, С2 и подключенной параллельно им катушкой L1. Этот контур включен в цепь выходного электрода активного элемента, то есть в цепь коллектора транзистора VT1. В процессе генерации сигнал обратной связи снимается с точки соединения конденсаторов С1, С2, образующих так называемый емкостной делитель, и подается в цепь эмиттера, который является входным электродом активного элемента. Таким образом, в данном случае селективный элемент также подключен к транзистору в трех точках, но уже с помощью емкостного делителя. Впервые использовать емкостной делитель в цепи положительной обратной связи лампового LC-генератора предложил американский изобретатель Эдвин Колпитц (Edwin Colpitts) в 1919 году, поэтому часто такую схему называют трехточкой по схеме Колпитца.

Следует признать, что в миниатюрных транзисторных радиопередающих устройствах LC-генераторы, выполненные по индуктивной трехточечной схеме, применяются сравнительно редко. Поэтому далее будут рассмотрены схемотехнические решения LC-генераторов с емкостным делителем, выполненных по схеме емкостной трехточки. Принципиальная схема одного из вариантов генератора с емкостным делителем в цепи положительной обратной связи приведена на рис. 3.6.

[Картинка: i_027.jpg]

Рис. 3.6. Принципиальная схема генератора с емкостным делителем (вариант 1)

В рассматриваемой конструкции транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером. При этом положение рабочей точки транзистора определяется величиной сопротивления резистора R1. По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общей базой, поскольку по высокой частоте его база заземлена через конденсатор С1.