Как работает генератор высокой частоты

Как работает генератор высокой частоты

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Итак, на данный момент, мы должны знать и понимать такие неприличные слова:
— транзистор
— колебательный контур
— трансформатор
и пару-тройку прочих слов, не менее ругательных…

Что есть такое ГВЧ? Это такая схемка, на которую подается постоянный ток, а с нее снимается переменный ток, причем — высокой частоты. Вот, значит, сейчас нам надо будет придумать из известных нам элементов такую штукенцию, чтоб при подаче на ее вход постоянного тока, на выходе появлялся переменный.

Все вы помните это:

Правильно! Это — колебательный контур. Чем он знаменателен? Тем что если зарядить конденсатор, а потом к нему подключить катушку — в контуре начнутся затухающие колебания тока. Почему затухающие? Да потому что в реальном мире нет ничего совершенного. Увы, и колебательный контур не миновала сия тяжкая участь. Если бы провод, из которого сделана катушка, имел нулевое сопротивление, если бы энергия колебаний частично не излучалась в пространство в виде радиоволн — вот тогда бы колебания никогда не затухли. Но этому никогда не быть…

Что же делать? Ведь мы так близки к победе! Ведь стоит добиться от катушки незатухающих колебаний — и вот он — долгожданный переменный ток!

А делать вот чего: надо восполнять энергию, затраченную на сопротивление и излучение. И тогда колебания никогда не смогут затухнуть.

Перенесемся в далекие светлые годы детства :). Представьте себя качающимся на качелях. Рядом стоит, скажем, папа, и раскачивает вас. А вы, соответственно, сидите и получаете кайф от процесса, улыбаясь беззубым ртом. Легкий ветер дует вам в лицо, все вокруг то взлетает, то опускается, дух захватывает… Представили. Вот и здорово! А теперь представьте вашего папу. Думаете ему такой же кайф стоять и раскачивать вас, когда через пятнадцать минут по телику начинается футбол, а в сумке безнадежно киснет пиво, пригреваемое лучами теплого весеннего солнышка?… Но из окна смотрит мама. И не дай бог не выгулять по всем правилам свое чадо — крику то будет… 🙁

Короче вот такая идиллическая картинка получилась.

Теперь подойдем к процессу с точки зрения физики. Вы на качелях мотаетесь туда-сюда точно так же, как ток по катушке в колебательном контуре бегает то в одну то в другую сторону. Если бы папа не так боялся маму, то он бы давно убежал смотреть футбол. И что бы тогда случилось? А случилось бы, что вас не кому бы стало раскачивать. Так как шарниры качелей не лишены трения, то рано или поздно качели бы встали и ваш кайф прекратился бы. Отсюда делаем вывод:

Папа — это источник восполнения энергии, затраченной на трение шарниров и сопротивление воздуха. Во как!

Какова же задача папы?
Он должен смотреть на качели, и в тот момент, когда они движутся вперед, подталкивать их рукой в направлении движения. Последнее очень важно, поскольку, если он станет толкать против направления движения, то в лучшем случае — сломает руку. В худшем — качели остановятся и ваш кайф прервется в самый неподходящий момент. То есть, папа должен добавлять энергию не когда придется, а только в строго определенные моменты времени: когда качели движутся вперед.

Теперь вернемся от несчастного папы назад — к электричеству. Значит нам необходимо каким-то образом отслеживать движение тока в контуре и в нужные моменты «подливать» энергию. Правильно? Правильно!

Вот вам схема. Если замкнуть выключатель — батарейка подключится к колебательному контуру и подаст на него энергию. Дело за малым — придумать, кто бы смог замыкать этот выключатель по несколько миллионов раз в секунду…

Подсказка: папа отпадает. Он уже смотрит футбол…

Ну раз так — остается только один кандидат — наш старый добрый друг транзистор! Ему-то не проблема закрываться/открываться — это его работа. Ну и пущай работает:

Чего-то на этой схеме не хватает… Точно! Ведь на базу транзистора ничего не идет!

А что туда вообще должно идти?
Естественно — управляющий сигнал!
А откуда?
А…

Во-общем, теперь нам нужен какой-то элемент, который сможет следить за направлением тока в катушке контура и «говорить» транзистору, когда можно открываться, а когда — нельзя.

А давайте мы сделаем вот что: намотаем поверх контурной катушки еще одну катушку. Получится что? Правильно — трансформатор.

Теперь, в те моменты, когда ток в контурной катушке нарастает, напряжение на выходе дополнительной катушки будет положительным. Когда ток в контурной катушке убывает — отрицательным.

Все! Остается только подключить дополнительную катушку к базе транзистора — и она сможет управлять его работой.

Когда ток в катушке контура увеличивается — транзистор будет открываться и «подливать» энергию в контур. Когда ток будет уменьшаться, транзистор открываться не станет, так как на его базе будет отрицательное напряжение. В контуре воцарятся Незатухающие Колебания, слава им.

Все! Мы соорудили ГВЧ! Поздравляю 🙂

Генераторы ВЧ

Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать. В интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем все это. Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон). «Классика жанра». Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте. R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор. Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур. Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации. Механизм генерации Упрощенно схему можно представить так: Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро). К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания. Все оказалось проще пареной репы (как всегда). Разновидности В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора: Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же. Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой. Индуктивная трехточка. Эту схему выбираю я, и советую вам. R1 – ограничивает ток генератора
R2 – задает смещение базы
C1, L1 – колебательный контур
C2 – конденсатор ПОС Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор: Эти схемы идентичны. Механизм генерации: Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной. Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто. Разновидности. Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод: Этот диод ускоряет перезаряд C2, что приводит к увеличению мощности генерируемого сигнала. Однако, вместе с тем, это вносит в сигнал нелинейные искажения, так что на выходе придется ставить фильтры НЧ для подавления паразитных гармоник. Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура. Двухтактный генератор для ленивых Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть: В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет. Механизм генерации: Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовый ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее… Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы. Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто. Двухтактный генератор для трудолюбивых Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост. Вот он Что мы здесь видим? Видим колебательный контур L1 C1,
А дальше видим каждой твари по паре:
Два транзистора: VT1, VT2
Два конденсатора обратной связи: С2, С3
Два резистора смещения: R1, R2 Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть! Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂 Механизм генерации При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость. Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал… Теперь немного креатива. Генератор на логических элементах Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ, остальное – излишества, только лишь ухудшающие скоростные параметры генератора. Смотрим: Видим страшную схему. Квадратики с дырочкой в правом боку – это инвертеры. Ну или – «элементы НЕ». Дырочка как раз указывает на то, что сигнал инвертируется. Что такое элемент НЕ с точки зрения банальной эрудиции? Ну, то есть, с точки зрения аналоговой техники? Правильно, это усилитель с обратным выходом. То есть, при увеличении напряжения на входе усилителя, напряжение на выходе пропорционально уменьшается . Схему инвертера можно изобразить примерно так (упрощенно): Это конечно, слишком просто. Но доля правды в этом есть.
Впрочем, нам пока что это не столь важно. Итак, смотрим схему генератора. Имеем: Два инвертера ( DD1.1, DD1.2) Резистор R1 Колебательный контур L1 C1 Заметьте, что колебательный контур в этой схеме – последовательный. То есть, конденсатор и катушка стоят друг за другом. Но это – все равно колебательный контур, он рассчитывается по тем же формулам, и ничуть ни хуже (и не лучше) своего параллельного собрата. Начнем сначала. Зачем нам нужен резистор? Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) между выходом и входом элемента DD1.1. Это надо для того, чтобы держать под контролем коэффициент усиления – это раз, а также – чтоб создать на входе элемента начальное смещение – это два. Как это работает, подробно мы рассмотрим где-нибудь в обучалке по аналоговой технике. Пока что уясним, что благодаря этому резистору, на выходе и входе элемента, в отсутствие входного сигнала, устаканивается напряжение, равное половине напряжения питания. Точнее – среднему арифметическому напряжений логических «нуля» и «единицы». Не будем пока на этом заморачиваться, у нас еще много дел… Итак, на одном элементе мы получили инвертирующий усилитель. То есть, усилитель, который «переворачивает» сигнал вверх ногами: если на входе много – на выходе мало, и наоборот. Второй элемент служит для того, чтобы сделать этот усилитель неинвертирующим. То есть, он переворачивает сигнал еще раз. И в таком виде, усиленный сигнал подается на выход, на колебательный контур. А ну-ка, смотрим внимательно на колебательный контур? Как он включен? Правильно! Он включен между выходом и входом усилителя. То есть, он создает положительную обратную связь (ПОС). Как мы уже знаем из рассмотрения предыдущих генераторов, ПОС нужна для генератора, как валерьянка для кота. Без ПОС ни один генератор не сможет что? Правильно – возбудиться. И начать генерацию… Все наверно знают такую вещь: если к входу усилителя подключить микрофон, к выходу – динамик, то при поднесении микрофона к динамику, начинается противный «свист». Это – ни что иное как генерация. Мы же подаем сигнал с выхода усилителя на вход. Возникает ПОС. Как следствие, усилитель начинает генерить. Ну, короче, посредством LC -цепочки в нашем генераторе создается ПОС, приводящая к возбуждению генератора на резонансной частоте колебательного контура. Ну что, сложно?
Если (сложно)
чешем (репу) ;
читаем еще раз;
> Теперь поговорим о разновидностях подобных генераторов. Во-первых, вместо колебательного контура, можно включить кварц. Получится стабилизированный генератор, работающий на частоте кварца: Если в цепь ОС элемента DD1.1 включить вместо резистора колебательный контур – можно завести генератор на гармониках кварца. Для получения какой-либо гармоники, нужно, чтобы резонансная частота контура была близка к частоте этой гармоники: Если генератор делается из элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то входы этих элементов нужно запараллелить, и включать как обычный инвертор. Если используем Исключающее ИЛИ, то один из входов каждого элемента сажается на + питания. Пара слов о микросхемах.
Предпочтительнее использовать логику ТТЛШ или быстродействующий КМОП. Серии ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Например, микросхема К1533ЛН1 – 6 инверторов.
Серии КМОП: КР1554, КР1564 (74 AC , 74 HC ), например – КР1554ЛН1
На крайний случай – старая добрая серия К155 (ТТЛ). Но ее частотные параметры оставляют желать лучшего, так что – я бы не стал использовать эту логику. Рассмотренные здесь генераторы – далеко не все, что могут повстречаться вам в этой нелегкой жизни. Но зная основные принципы работы этих генераторов, будет уже намного проще понять работу других, укротить их и заставить работать на себя 🙂 Источник: www.radiokot.ru

Теги:

none Опубликована: 2006 г. 0 0

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

• Техническая грамотность

Оценить Сбросить

Средний балл статьи: 0 Проголосовало: 0 чел.

Как работает генератор высокой частоты

Автор:
Опубликовано 18.01.2006

Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать.

В нашем ненаглядном Интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем эту уйму.

Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон).

«Классика жанра».

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора,

R2 – задает смещение базы,

C1, L1 – колебательный контур,

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Этот диод ускоряет перезаряд C2, что приводит к увеличению мощности генерируемого сигнала. Однако, вместе с тем, это вносит в сигнал нелинейные искажения, так что на выходе придется ставить фильтры НЧ для подавления паразитных гармоник.

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Механизм генерации:

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовай ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Что мы здесь видим?

Видим колебательный контур L1 C1,
А дальше видим каждой твари по паре:
Два транзистора: VT1, VT2
Два конденсатора обратной связи: С2, С3
Два резистора смещения: R1, R2

Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть!

Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂

При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость.

Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал…

Теперь немного креатива.

Генератор на логических элементах

Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ, остальное – излишества, только лишь ухудшающие скоростные параметры генератора.

Видим страшную схему.

Квадратики с дырочкой в правом боку – это инвертеры. Ну или – «элементы НЕ». Дырочка как раз указывает на то, что сигнал инвертируется.

Что такое элемент НЕ с точки зрения банальной эрудиции? Ну, то есть, с точки зрения аналоговой техники? Правильно, это усилитель с обратным выходом. То есть, при увеличении напряжения на входе усилителя, напряжение на выходе пропорционально уменьшается . Схему инвертера можно изобразить примерно так (упрощенно):

Это конечно, слишком просто. Но доля правды в этом есть.
Впрочем, нам пока что это не столь важно.

Итак, смотрим схему генератора. Имеем:

Два инвертера ( DD1.1, DD1.2)

Колебательный контур L1 C1

Заметьте, что колебательный контур в этой схеме – последовательный. То есть, конденсатор и катушка стоят друг за другом. Но это – все равно колебательный контур, он рассчитывается по тем же формулам, и ничуть ни хуже (и не лучше) своего параллельного собрата.

Начнем сначала. Зачем нам нужен резистор?

Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) между выходом и входом элемента DD1.1. Это надо для того, чтобы держать под контролем коэффициент усиления – это раз, а также – чтоб создать на входе элемента начальное смещение – это два. Как это работает, подробно мы рассмотрим где-нибудь в обучалке по аналоговой технике. Пока что уясним, что благодаря этому резистору, на выходе и входе элемента, в отсутствие входного сигнала, устаканивается напряжение, равное половине напряжения питания. Точнее – среднему арифметическому напряжений логических «нуля» и «единицы». Не будем пока на этом заморачиваться, у нас еще много дел…

Итак, на одном элементе мы получили инвертирующий усилитель. То есть, усилитель, который «переворачивает» сигнал вверх ногами: если на входе много – на выходе мало, и наоборот. Второй элемент служит для того, чтобы сделать этот усилитель неинвертирующим. То есть, он переворачивает сигнал еще раз. И в таком виде, усиленный сигнал подается на выход, на колебательный контур.

А ну-ка, смотрим внимательно на колебательный контур? Как он включен? Правильно! Он включен между выходом и входом усилителя. То есть, он создает положительную обратную связь (ПОС). Как мы уже знаем из рассмотрения предыдущих генераторов, ПОС нужна для генератора, как валерьянка для кота. Без ПОС ни один генератор не сможет что? Правильно – возбудиться. И начать генерацию…

Все наверно знают такую вещь: если к входу усилителя подключить микрофон, к выходу – динамик, то при поднесении микрофона к динамику, начинается противный «свист». Это – ни что иное как генерация. Мы же подаем сигнал с выхода усилителя на вход. Возникает ПОС. Как следствие, усилитель начинает генерить.

Ну, короче, посредством LC -цепочки в нашем генераторе создается ПОС, приводящая к возбуждению генератора на резонансной частоте колебательного контура.

Ну что, сложно?
Если (сложно)
<
чешем (репу) ;
читаем еще раз;
>

Теперь поговорим о разновидностях подобных генераторов.

Во-первых, вместо колебательного контура, можно включить кварц. Получится стабилизированный генератор, работающий на частоте кварца:

Если в цепь ОС элемента DD1.1 включить вместо резистора колебательный контур – можно завести генератор на гармониках кварца. Для получения какой-либо гармоники, нужно, чтобы резонансная частота контура была близка к частоте этой гармоники:

Если генератор делается из элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то входы этих элементов нужно запараллелить, и включать как обычный инвертор. Если используем Исключающее ИЛИ, то один из входов каждого элемента сажается на + питания.

Пара слов о микросхемах.
Предпочтительнее использовать логику ТТЛШ или быстродействующий КМОП.

Серии ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Например, микросхема К1533ЛН1 – 6 инверторов.
Серии КМОП: КР1554, КР1564 (74 AC , 74 HC ), например – КР1554ЛН1
На крайний случай – старая добрая серия К155 (ТТЛ). Но ее частотные параметры оставляют желать лучшего, так что – я бы не стал использовать эту логику.

Рассмотренные здесь генераторы – далеко не все, что могут повстречаться вам в этой нелегкой жизни. Но зная основные принципы работы этих генераторов, будет уже намного проще понять работу других, укротить их и заставить работать на себя 🙂

Дальше мы немного поговорим об усилителях и займемся модуляторами.

ВЧ генераторы. Виды и устройство. Применение и особенности

Электронные устройства, классифицируемые как ВЧ генераторы, широко применяются в различной аппаратуре, предназначенной для специальных целей. Без ВЧ модулей и соответствующих им схем сегодня не обходится ни один радиопередатчик или измерительный прибор, используемый для настройки чувствительной аппаратуры. Помимо этого такие генераторы нередко применяются при необходимости тактирования частоты и управления работой сложных импульсных устройств.

Что собой представляют ВЧ генераторы конструктивно

В состав схемы генераторного устройства входят нелинейные элементы особого типа, позволяющие получить нужную передаточную характеристику. Обеспечить незатухающие колебания высокой частоты удается за счет применения «глубокой» положительной обратной связи (ОС), охватывающей типовой усилительный каскад.

Основная конструктивная особенность генераторов – использование в цепи ОС высокодобротных LC контуров, обеспечивающих получение нужной частоты. Получить такие значения с помощью резистивно-емкостных цепочек, как правило, не удается из-за характерных для них длительных переходных процессов.

Различные генераторные конструкции нередко выполняются в виде функциональных модулей или блоков, встраиваемых непосредственно в устройства. В зависимости от своего назначения они могут иметь соответствующие габариты.

Технические характеристики высокочастотных генераторов

К основным эксплуатационным показателям, которые полностью характеризуют ВЧ генераторы в качестве задающих устройств, относят:

• Диапазон генерируемых частот в герцах.
• Выходную мощность в ваттах.
• Показатель стабильности частоты (в процентах герца).
• Коэффициент нелинейных искажений или гармоник (он выражается в процентах).

Первый из этих параметров варьируется в диапазоне от нескольких сотен килогерц до десятков ГГц. Показатель выходной мощности зависит от конкретной разновидности и предназначения генератора. Он может колебаться от тысячных долей ватта и вплоть до сотен кВт.

Стабильность генерируемых частот зависит от используемого схемного решения и наличия в нем специальных элементов, поддерживающих этот параметр в допустимых границах. Требования к этому показателю задаются еще на стадии разработки генерирующего модуля и также зависят от его целевого назначения.

Нелинейные искажения – важнейшая характеристика устройства, значение которой в ВЧ генераторах не должно превышать определенного предела. При нарушении этого требования генерируемый сигнал сильно искажается, а сама схема не сможет выполнять свои основные функции в полном объеме.

Классификация ВЧ генераторов

Различные исполнения генерирующих устройств отличаются следующими характерными признаками:

• Полоса генерируемых частот.
• Номинальная выходная мощность.
• Форма колебаний.
• Области применения.
• Габариты модульного изделия.

Согласно первому признаку ВЧ генераторы делятся на приборы, работающие в радиовещательном диапазоне (10кГц-50МГц), а также на изделия, генерирующие метровые и ДМ волны (4-1200 МГц). Отдельную группу представляют СВЧ устройства с рабочими частотами выше 1 ГГц.

По второму признаку генераторы подразделяются на следующие виды:

• Аппараты со сравнительно низкой выходной мощностью.
• Изделия со средним значением этого показателя.
• Мощные генерирующие модули.

По форме выходного сигнала эти приборы делятся на синусоидальные генераторы, а также на устройства, позволяющие получать прямоугольные ВЧ импульсы. Нередко в специальных целях выпускаются генераторы ВЧ колебаний сложной формы.

В соответствие со своим прямым назначением ВЧ генераторы делятся на изделия, используемые в следующих видах специальной аппаратуры:

• Радиовещательные передатчики и радиоприемники.
• Специальная аппаратура связи (рации).
• Тактовые генерирующие устройства.
• Измерительные генераторы.

Габариты устройств зависят от их мощности и занимаемого модулем места в пределах корпусной части изделия.

Где применяются ВЧ генераторы

Эти устройства широко применяются не только в радиотехнической практике в качестве измерительных генераторов, например. Их основное назначение – работа в радиопередатчиках и узлах связи, используемых в различных сферах человеческой деятельности. К последним следует отнести:

• Космическую связь.
• Радиолокационные системы.
• Авиационные диспетчерские комплексы радиосвязи.
• Оперативную военную связь и службы МЧС.
• Железнодорожную, речную и морскую диспетчерскую связь.
• Логистику и службы автоперевозок.
• Охрану объектов от проникновения посторонних лиц.
• Лечебные и профилактические мероприятия.

Кроме того, ВЧ генераторы широко применяются в лабораторных условиях с целью регулировки, настройки и контроля радиотехнических устройств. С их помощью проверяются специальные измерительные линии, антенные устройства (фидеры) и множество других видов специальной аппаратуры. При проведении электротехнических исследований эти устройства востребованы при измерении характеристик цепей с распределенными параметрами и нагрузками.

ВЧ генераторы в медицине

В медицинской практике используется свойство э/м колебаний, получаемых в ВЧ генераторах, прогревать мышечные ткани и клетки организма при длительном воздействии на них. Такая возможность связана с высокой энергетической «заряженностью» высокочастотных колебаний.

С физической точки зрения это объясняется большой скоростью перемещения частиц, из которых состоит электромагнитная волна. Меняя интенсивность и частоту генерируемых устройством волн, удается достигнуть нужного лечебного эффекта.

Свойства ВЧ колебаний, их преимущества и недостатки

Основное достоинство ВЧ колебаний, формируемых генераторными устройствами, состоит в их высоком энергетическом потенциале, позволяющем волнам распространяться на огромные расстояния. Именно эта особенность ВЧ сигналов наряду с прямолинейностью их излучения используется в радиосвязи и локации.

Еще одно уникальное свойство высокочастотных волн – тепловое воздействие, оказываемое ими на плотные по структуре вещества и тела. Указанная особенность ВЧ колебаний позволяет использовать их в медицине, в СВЧ печах и в нагревательных устройствах различного типа.

Перечисленные достоинства генераторных модулей оцениваются с учетом реальных условий эксплуатации нагревательных печей, а также особенностей работы радиопередающей и измерительной аппаратуры. Дело в том, что для получения нужного эффекта электромагнитные колебания высокой частоты должны обладать большой энергией. Это значит, что при разработке формирующего их ВЧ генератора потребуется увеличивать его мощность, что связано с большими материальными издержками.

К недостаткам радиотехнических и радиолокационных устройств относят свойство ВЧ волн поглощаться телами достаточной плотности, после чего их энергия превращается в тепловую форму. Эффективность передачи сигналов на удаленные расстояния или способность определения местонахождения движущихся объектов в этом случае резко падает.

Практические схемы задающих генераторов

Задающие ВЧ генераторы чаще всего собираются на основе простейших LC контуров или кварцевых резонаторов, относящихся к зависящим от частоты элементам. Цепочки из индуктивностей и емкостей в некоторых схемах генераторных устройств легко заменяются кварцами соответствующей резонансной частоты. Различают несколько схем ВЧ генераторов, отличающихся типом и местом установки задающего частоту контура.

Индуктивная 3-х точка

Схема генератора ВЧ, выполненного по этому принципу (Рис.-1). Ее особенность состоит в наличии положительной обратной связи, образованной отводом от катушки индуктивности L1. Поддержание режима постоянной генерации ВЧ колебаний достигается за счет передачи части их энергии с выхода на вход схемы. Частота генератора задается параметрами резонансного контура L1C1.

К недостаткам простейших схем типа «индуктивная 3-х точка» относят низкую стабильность частоты и необходимость поддержания температурного режима работы модуля.

Первый и самый важный из этих минусов объясняется эффектом шунтирования биполярным транзистором задающей частоту цепочки (колебательного контура). Избежать этого недостатка позволяет замена обычного полупроводникового прибора на элемент с высоким входным сопротивлением.

Индуктивная 3-х точка на полевом транзисторе

При использовании этого типа полупроводникового элемента его высокое сопротивление по входу ослабляет эффект шунтирования колебательного контура и его зависимость от нагрузки. Благодаря этому удается повысить стабильность частотных характеристик генераторного устройства и добиться устойчивости работы всего задающего каскада.

Добавим к этому, что его схема (Рис.-2) полностью повторяет рассмотренный ранее вариант на биполярном транзисторе.

Емкостная 3-х точка

Задающий генератор ВЧ, собранный по схеме емкостной 3-х точки на биполярном транзисторе (Рис.-3). Здесь обратная связь образуется не за счет подключения к части обмотки катушки, как это делалось в предыдущем случае.

В этом случае она берется с одной половинки емкостного делителя, входящего в состав колебательного контура. У данной схемы, как и в предыдущем случае, имеются те же недостатки (нестабильность частоты и зависимость режима работы от величины нагрузки). Устраняются они точно таким же образом, когда вместо обычного биполярного транзистора в схемном решении используется его полевой аналог.

Похожие темы:

• Полосковые линии. Виды и применение. Особенности
• Умножители частоты. Способы преобразования и особенности
• Фильтры ВЧ. Виды и работа. Применение и особенности
• Электронные генераторы. Виды и устройство. Работа и особенности