Генератор на транзисторі

Генератор – це автоколивальна система, що формує імпульси електричного струму, в якій транзистор грає роль коммутирующего елемента. Спочатку, з моменту винаходу, транзистор позиціонувався як підсилювальний елемент. Презентація першого транзистора сталася в 1947 році. Презентація польового транзистора сталася дещо пізніше – в 1953 р генераторах імпульсів він грає роль перемикача і тільки в генераторах змінного струму він реалізує свої підсилювальні властивості, одночасно беручи участь у створенні позитивного зворотного зв’язку для підтримки коливального процесу.

Наочна ілюстрація поділу частотного діапазону

Класифікація

Транзисторні генератори мають кілька класифікацій:

  • за діапазоном частот вихідного сигналу;
  • за типом вихідного сигналу;
  • за принципом дії.

Діапазон частот – величина суб’єктивна, але для стандартизації прийнято такий розподіл частотного діапазону:

  • від 30 Гц до 300 кГц – низька частота (НЧ);
  • від 300 кГц до 3 МГц – середня частота (СЧ);
  • від 3 МГц до 300 МГц – висока частота (ВЧ);
  • вище 300 МГц – надвисока частота (СВЧ).

Таке розподіл частотного діапазону в області радіохвиль. Існує звуковий діапазон частот (ЗЧ) – від 16 Гц до 22 кГц. Таким чином, бажаючи підкреслити діапазон частот генератора, його називають, наприклад ВЧ або НЧ генератором. Частоти звукового діапазону в свою чергу також поділяються на ВЧ, СЧ і НЧ.

За типом вихідного сигналу генератори можуть бути:

  • синусоїдальні – для генерації синусоїдальних сигналів;
  • функціональні – для автоколебания сигналів спеціальної форми. Окремий випадок – генератор прямокутних імпульсів;
  • генератори шуму – генератори широкого спектру частот, у яких в заданому діапазоні частот спектр сигналу рівномірний від нижнього до верхнього ділянки частотної характеристики.

За принципом дії генераторів:

  • RC-генератори;
  • LC-генератори;
  • Блокінг-генератори – формувач коротких імпульсів.

З огляду на принципових обмежень зазвичай RC-генератори використовуються в НЧ і звуковому діапазоні, а LC-генератори в ВЧ діапазоні частот.

схемотехніка генераторів

RC і LC генератори синусоїдальні

Найбільш просто реалізується генератор на транзисторі в схемі ємнісний трехточкі – генератор Колпітца (рис. Нижче).

Схема генератора на транзисторі (генератор Колпітца)

У схемі Колпітца елементи (C1), (C2), (L) є частотозадающіх. Інші елементи являють собою стандартну обв’язку транзистора для забезпечення необхідного режиму роботи по постійному струму. Такий же простий схемотехнікою володіє генератор, зібраний за схемою індуктивного трехточкі – генератор Хартлі (рис. Нижче).

Схема трехточечного генератора з індуктивним зв’язком (генератор Хартлі)

У цій схемі частота генератора визначається паралельним контуром, в який входять елементи (C), (La), (Lb). Конденсатор (С) необхідний для утворення позитивного зворотного зв’язку по змінному струмі.

Практична реалізація такого генератора більше скрутна, оскільки вимагає наявності індуктивності з відведенням.

І той і інший генератори автоколебания знаходять переважно застосування в СЧ і ВЧ діапазонах в якості генераторів несучих частот, в частотозадающих ланцюгах гетеродинов і так далі. Регенератори радіоприймачів також засновані на генераторах коливань. Зазначене застосування вимагає високої стабільності частоти, тому практично завжди схема доповнюється кварцовим резонатором коливань.

Генератор, що задає струму на основі кварцового резонатора має автоколебания з дуже високою точністю установки значення частоти ВЧ генератора. Мільярдні частки відсотка далеко не межа. Регенератори радіостанцій використовують тільки кварцову стабілізацію частоти.

Робота генераторів в області низькочастотного струму і звукової частоти пов’язана з труднощами реалізації високих значень індуктивності. Якщо бути точніше, то в габаритах необхідної котушки індуктивності.

Схема генератора Пірса є модифікацією схеми Колпітца, реалізованої без застосування індуктивності (рис. Нижче).

Схема генератора Пірса без застосування індуктивності

У схемі Пірса індуктивність замінена кварцовим резонатором, що дозволило позбутися від трудомісткою і громіздкою котушки індуктивності і, в той же час, обмежило верхній діапазон коливань.

Конденсатор (С3) не пропускає постійну складову базового зміщення транзистора на кварцовий резонатор. Такий генератор може формувати коливання до 25 МГц, в тому числі і звуковий частоти.

Робота всіх перерахованих вище генераторів заснована на резонансних властивостях коливальні системи, складеної з ємності і індуктивності. Відповідно, частота коливань визначається номіналами цих елементів.

RC генератори струму використовують принцип фазового зсуву в резистивної-ємнісний ланцюга. Найбільш часто застосовується схема з фазосдвигающей ланцюжком (рис. Нижче).

Схема RC генератора з фазосдвигающей ланцюжком

Елементи (R1), (R2), (C1), (C2), (C3) виконують зсув фази для отримання позитивного зворотного зв’язку, необхідної для виникнення автоколивань. Генерація виникає на частотах, для яких фазовий зсув оптимальний (180 гр). Фазосдвігающая ланцюг вносить сильне ослаблення сигналу, тому така схема має підвищені вимоги до коефіцієнта посилення транзистора. Менш вимоглива до параметрів транзистора схема з мостом Вина (рис. Нижче).

Схема RC генератора з мостом Вина

Подвійний Т-подібний міст Вина складається з елементів (C1), (C2), (R3) і (R1), (R2), (C3) і являє собою вузькосмуговий фільтр, що загороджує, налаштований на частоту генерації. Для всіх інших частот транзистор охоплений глибоким негативним зв’язком.

Тут вже потрібно ретельний підбір времязадающих елементів по параметрах. Основні вимоги полягають в рівності номіналів (С1) і (С2), (R1) і (R2).

Функціональні генератори струму

Функціональні генератори призначені для формування послідовності імпульсів певної форми (форму описує якась функція – звідси і назва). Найбільш часто зустрічаються генератори прямокутних (якщо відношення тривалості імпульсу до періоду коливань становить?, То така послідовність називається «меандр»), трикутних і пилкоподібних імпульсів. Найпростіший генератор прямокутних імпульсів – мультивибратор, подається як перша схема початківців радіоаматорів для збірки своїми руками (рис. Нижче).

Схема мультивібратора – генератора прямокутних імпульсів

Особливістю мультивибратора є те, що в ньому можна використовувати практично будь-які транзистори. Тривалість імпульсів і пауз між ними визначається номіналами конденсаторів і резисторів в базових колах транзисторів (Rb1), Cb1) і (Rb2), (Cb2).

Частота автоколебания струму може змінюватися від одиниць герц до десятків кілогерц. ВЧ автоколебания на мультивібраторі реалізувати неможливо.

Генератори трикутних (пилкоподібних) імпульсів, як правило, будуються на основі генераторів прямокутних імпульсів (задає генератор) шляхом додавання коректує ланцюжка (рис. Нижче).

Схема генератора трикутних імпульсів

Форма імпульсів, близька до трикутної, визначається напругою заряду-розряду на обкладинках конденсатора С.

Блокінг-генератор

Призначення блокинг-генераторів полягає у формуванні потужних імпульсів струму, що мають круті фронти і малу шпаруватість. Тривалість пауз між імпульсами набагато більше тривалості самих імпульсів. Блокінг-генератори знаходять застосування в формувач імпульсів, які порівнюють пристроях, але основна область застосування – задає генератор рядкової розгортки в пристроях відображення інформації на основі електронно-променевих трубок. Також блокинг-генератори з успіхом застосовуються в пристроях перетворення електроенергії.

Генератори на польових транзисторах

Особливістю польових транзисторів є дуже високий вхідний опір, порядок якого можна порівняти з опором електронних ламп. Перераховані вище схемотехнічні рішення універсальні, просто вони адаптовані під використання різних типів активних елементів. Генератори Колпітца, Хартлі і інші, виконані на польовому транзисторі, відрізняються тільки номіналами елементів.

Частотозадающіх ланцюга мають ті ж співвідношення. Для генерування ВЧ коливань дещо краще простий генератор, виконаний на польовому транзисторі за схемою індуктивного трехточкі. Справа в тому, що польовий транзистор, маючи високий вхідний опір, практично не робить шунтуючі дію на індуктивність, а, отже, працювати високочастотний генератор буде більш стабільною.

Генератори шуму

Особливістю генераторів шуму є рівномірність частотної характеристики в певному діапазоні, тобто амплітуда коливань всіх частот, що входять в заданий діапазон, є однаковою. Генератори шуму знаходять застосування в вимірювальної апаратурі для оцінки частотних характеристик перевіряється тракту. Генератори шуму звукового діапазону часто доповнюються коректором частотної характеристики з метою адаптації під суб’єктивну гучність для людського слуху. Такий шум називається «сірим».

Відео

До сих пір існує кілька областей, в яких застосування транзисторів утруднене. Це потужні генератори НВЧ діапазону в радіолокації, і там, де потрібне отримання особливо потужних імпульсів високої частоти. Поки ще не розроблені потужні транзистори СВЧ діапазону. У всіх інших областях переважна більшість генераторів виконується виключно на транзисторах. Причин цього кілька. По-перше, габарити. По-друге, споживана потужність. По-третє, надійність. Додатково до всього, транзистори через особливості своєї структури дуже легко піддаються мініатюризації.

Ссылка на основную публикацию