Фазовые соотношения между токами и напряжениями
Генераторы синусоидальных колебаний с положительной обратной связью состоят из транзистора, колебательного контура, цепи положительной обратной связи и источника питания. Так же, как и в ламповых схемах, здесь используется понятие о максимальной частоте генерации, выше которой невозможны как генерация, так и усиление мощности:
(376)
где ƒα — предельная частота усиления по току, Мгц; Сбк — емкость перехода база—коллектор, которая определяет внутреннюю обратную связь в транзисторе, пф; rб — высокочастотное сопротивление базы, ом.
Следует отметить, что у транзисторов с величиной ƒα порядка нескольких мегагерц максимальная частота генерации ƒг. макс. оказывается выше этой частоты.
Так же, как и в ламповом генераторе, для самовозбуждения генератора синусоидальных колебаний на транзисторе необходимо одновременное выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд. Обычно генераторы работают на высоких частотах, превышающих десятки килогерц, на которых время диффузии основных носителей тока через базу становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Поэтому ток коллектора отстает от тока эмиттера на некоторый угол φ1, а ток базы при этом оказывается сдвинутым относительно тока эмиттера на угол φ2, в сторону опережения.
 |
На векторной диаграмме (рис. 197) показано падение напряжения на сопротивлении базы Zб, которое является суммой падений напряжений на сопротивлениях rб и Хсб. Рис. 197. Векторная диаграмма токов и напряжений транзисторного генератора. |
Напряжение Uб, приложенное к зажимам эмиттер-база, представляет сумму падении напряжений на сопротивлении Zб и на эмиттерном переходе (Uбэ), которое находится в фазе с током эмиттера. Таким образом, напряжение Uб отличается от напряжения Uбэ не только величиной, но и фазой.
Отношение Iк/Uб= Sср является комплексной величиной и поэтому вызывает сдвиг фаз φSср между током Iк и напряжением Uб.
Таким образом, с увеличением частоты в генераторах синусоидальных колебаний имеет место сдвиг фаз между первой гармоникой тока коллектора и напряжением возбуждения, появляющийся вследствие конечного времени дрейфа носителей в базе и падения напряжения на внутреннем сопротивлении базы, которое с увеличением частоты становится комплексным.
В схеме можно осуществить положительную обратную связь путем подачи напряжения обратной связи с контура, включенного в цепь коллектора, при условии, если последний будет представлять собой индуктивную нагрузку. При этом угол сдвига фаз φк между Uк и Iк должен быть равен φSср, так как только тогда вектор Uк совпадает по фазе с вектором Uб, т. е. будет выполняться условие баланса фаз.
Генерируемая частота φг всегда ниже собственной частоты контура. Колебательная мощность, выделяемая в контуре,
(377)
будет тем меньше, чем выше генерируемая частота, так как угол сдвига φк при этом увеличится. Отсюда можно сделать вывод, что для осуществления баланса амплитуд на высоких частотах необходимо увеличивать коэффициент обратной связи.
Подводимая мощность от источника сигнала
(378)
где Iк0 — постоянная со ставляющая тока коллектора.
Мощность, рассеиваемая на коллекторе,
(379)
Коэффициент полезного действия
(380)
 |
На рис 198 изображены схемы автогенераторов с автотрансформаторной, емкостной и индуктивной обратными связями. Рис. 198. Схемы транзисторных автогенераторов с обратной связью: а — автотрансформаторной; б — емкостной; в — индуктивной. |
Транзисторы включены по схеме с общим эмиттером. В первых двух схемах используются параллельные, а в третьей схеме — последовательное питание коллектора. Роторы переменных конденсаторов заземлены, что исключает влияние руки оператора на генерируемую частоту при подстройке частоты автогенератора. В схемах применены различные способы стабилизации режима работы транзисторов, которые были рассмотрены ранее.
Так, например, в первой схеме (рис. 198, а) для этой цели служит отрицательная обратная связь по напряжению через делитель, состоящий из сопротивлений Rб и rбэ.
