лекция. Лекции Полупроводниковые приборы
 Скачать 1.16 Mb.
|
|
Колебательный контур В электронной аппаратуре часто появляется необходимость использования колебательных контуров. Колебательным контуром называется замкнутая электрическая цепь, состоящая из индуктивности L и емкости С. Контур является идеальным, если в нем отсутствуют потери энергии, но во всяком реальном контуре кроме индуктивности и емкости имеется активное сопротивление  ,которое распределено в катушке индуктивности и частично в соединительных проводах и диэлектрике конденсатора. Активное сопротивления вызывает потери энергии в контуре.Свободными колебаниями в контуре называют колебания, возникающие в нем за счет энергии, первоначально накопленной в электрическом поле конденсатора либо в магнитном поле катушки. В идеальном контуре свободные колебания являются незатухающими, т, е. могут продолжаться бесконечно долгое время. Колебательный контур, близкий по своим свойствам к идеальному, можно получить, замкнув в контуре, изображенном на рис. 6.1 а, ключ К. Если переключатель S поставить в положение 1, конденсатор С зарядится от источника питания напряжения Е0. При переводе переключателя в положение 2 конденсатор С начнет разряжаться через катушку L.По мере разряда конденсатора возрастает и энергия переходит в энергию магнитного поля катушки. Когда конденсатор полное разряжается, напряжение на его обкладках исчезает. В это время ток в контуре максимальный. Так теперь отсутствует сила, поддерживающая ток, то он начинает уменьшаться. При этом увеличивается ЭДСсамоиндукции обратной полярности и конденсат заряжается с новой полярностью. Роль источника в это время выполняет катушка. По мере заряда, конденсатора напряжение на его обкладках возрастает, а ток в контуре убывает. После окончания зарядки конденсатор начинает разряжаться через катушку, и процесс повторяется. На рис. 6.1,6 показаны графики изменения напряжения и тока в идеальном контуре. Угловая частота свободных колебаний контура зависит от его параметров:   Частное от деления напряжения на ток в контуре называется волновым сопротивлением контура:  Индуктивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора при свободных колебаниях равно волновому сопротивлению контура:  . Частота свободных колебаний рис. 6.1 Длина волны, соответствующая частоте свободных колебаний,  .Если ключ К разомкнуть, то в контуре появятся активные потери. В этом случае колебания в контуре скажутся затухающими (рис. 6.1, в). В течение каждого периода колебаний часть первоначально запасенной энергии будет безвозвратно теряться в активном сопротивлении контура. Чем больше активное сопротивление, тем быстрее уменьшаются амплитуды тока и напряжения. Для оценки качества колебательного контура вводится понятие добротности контура- Q. Добротность равна отношению волнового сопротивления к активному сопротивлению контура R:  Величина, обратная добротности, называется затуханием контура:  Чем больше добротность, тем дольше существуют свободные колебания и тем выше качество контура. Генераторы LC- типа Любой автогенератор LC- типа состоит из: колебательного контура, в котором возбуждаются незатухающие колебания требуемой частоты; источника электрической энергии, за счет которого в контуре поддерживаются незатухающие колебания; транзистора, посредством которого регулируется подача энергии, от источника в контур; элемента обратной связи, обеспечивающего передачу переменного напряжения необходимой величины из выходной цепи во входную, для поддержания незатухающих колебаний в колебательном контуре. Простейшая схема автогенератора LC- типа на транзисторе приведена на рис. 6.2, а.  Такая схема называется генератором с трансформаторной связью. Колебательный контур состоит из индуктивной катушки  и конденсатора  . Источником энергии является источник постоянного напряжения  который отдает часть энергии в колебательный контур в моменты, когда в его внешней цепи, состоящей из колебательного контура и параллельно соединенного с ним транзистора, проходит ток. Регулятором служит транзистор, цепью обратной связи- катушка  , индуктивно связанная с колебательным контуром.При включении источника питания в коллекторной цепи транзистора возникает ток коллектора, который заряжает конденсатор колебательного контура. После заряда конденсатор разряжается на катушку . В результате в контуре возникают свободные колебания с частотой  которые индуцируют в катушке связи переменное напряжение той же частоты, с которой происходят колебания в контуре. Это напряжение вызывает пульсацию тока коллектора (см. рис.6.3, б). Переменная составляющая этого тока восполняет потери энергии в контуре, создавая в нем усиленное транзистором переменное напряжение. (Повышение напряжения на контуре приводит к новому нарастанию напряжения на катушке обратной связи , которое вызовет нарастание амплитуды переменной составляющей коллекторного тока, и т.д. В установившемся режиме рост тока в контуре ограничивается сопротивлением потерь, а также затуханием, вносимым в контур за счет прохождения тока по обмотке обратной связи .Элементы схемы  ,  ,  ,  предназначены для обеспечения необходимого режима работы по постоянному току и его термостабилизации. Дроссель  является препятствием для переменной составляющей коллекторного тока, а конденсатор  для его постоянной составляющей.Незатухающие колебания в контуре автогенератора установятся лишь при выполнении двух основных условий. Первое из этих условий называют условием баланса фаз, которое сводится к тому, что в схеме генератора должна быть установлена положительная обратная связь между выходной и входной цепями транзистора.В этом режиме обеспечивается восполнение потерь энергии в контуре. Практически фазовое условие удовлетворяется, если напряжения коллекторе и базе будут сдвинуты на  , т.е. находится в противофазе. Это достигается соответствующим включением концов катушек и . При отсутствии самовозбуждения необходимо переключить концы катушки . Второе условие называют условием баланса амплитуд, которое состоит в том, что для возникновения автоколебательного режима необходима положительная обратная связь с выхода усилительного элемента на его вход, причем затухание в контуре должно компенсироваться.Практически глубина положительной обратной связи должна быть такой, чтобы полностью восполнялись потери энергии в контуре. Помимо рассмотренной выше схемы с трансформаторной связью широкое распространение получили трехточечные схемы с индуктивной автотрансформаторной (рис. 6.3, а) и емкостной (рис. 6.3, 6} обратно связью (ОС).  В этих схемах колебательный контур подключен к электродам транзистора (по переменному току) тремя точками: эмиттер, коллектор, база. Элементы контура к электродам транзистора должны подключаться так, чтобы выполнялось фазовое условие самовозбуждения генератора. В автотрансформаторной схеме с индуктивной ОС (рис. 6.3, а) напряжение ОС снимается с части витков контурной катушки, которые заключены между эмиттером и базой транзистора, и через конденсатор С1 подается на базу. Мгновенные значения напряжений па катушках и относительно средней точки противоположны (сдвинуты по фазе на 180°).В результате в схеме устанавливается положительная ОС и обеспечивается баланс фаз. Амплитудное условие самовозбуждения удовлетворяется подбором значения ОС (числа витков катушки связи). В схеме с емкостной ОС (рис. 6.3, б) резонансный колебательный контур образован конденсаторами С1, С2 и катушкой . Напряжение ОС снимается с конденсатора С2. Фазовое условие самовозбуждения в схеме удовлетворяется, поскольку полярности мгновенных значений напряжений на конденсаторах противоположны по знаку. Условия баланса амплитуд обеспечиваются выбором емкости конденсатора С2 (при ее увеличении ОС уменьшается).Генераторы RC-типа Для решения ряда электротехнических задач требуются низкочастотные автогенераторы синусоидальных колебаний, работающие в диапазоне частот от долей герца до сотен килогерц. Генерация таких колебаний с помощью LC-генераторов связана с большими конструктивными трудностями. В LC-генераторах при уменьшении частоты генерации необходимо увеличивать индуктивность и емкость колебательного контура, так как . Увеличение емкости и индуктивности колебательного контура приводит к резкому возрастанию его габаритов и массы. Этого недостатка лишены автогенераторы RC-типа, в которых вместо колебательных контуров используются избирательные RC-фильтры. Структурная схема RС-генератора изображена на рис. 6.4. В этой схеме используется обычный резистивный усилитель. Для самовозбуждения усилителя его необходимо охватить положительной обратной связью, т. е. на вход усилителя подавать часть выходного напряжения, превышающего входное или равное ему но величине и совпадающее с ним по фазе. Для обеспечения необходимого фазового сдвига па частоте генерируемых колебаний применяют фазовращающие цепочки, которые имеют несколько RC-звеньев и служат для поворота фазы выходного напряжения усилителя на 180°. В связи с тем что одно RC-звено изменяет фазу на угол меньше 90°, минимальное число звеньев фазовращающей цепочки равно трем. Для того чтобы частота генерируемых колебаний зависела, главным образом, от параметров фазовращающей цепочки, а амплитуда колебаний оставалась бы стабильной в заданном диапазоне частот, усилитель должен обладать большим коэффициентом усиления по току, значительным входным сопротивлением и относительно малым выходным сопротивлением. На рис. 6.5 изображена простейшая схема генератора RC-типа с трехзвенной фазовращающей цепочкой. Работа автогенератора начинается с момента подачи на него напряжения  . Делитель напряжений  ,  обеспечивает открытие транзистора VT. При этом возникает импульс коллекторного тока, который содержит широкий спектр частот, обязательно включающий в себя и необходимую частоту генерации. Генерирование незатухающих колебаний требуемой частоты осуществляется за счет обеспечения фазовых и амплитудных условий самовозбуждения Обеспечение фазовых условий достигается с помощью подбора соотношений между резисторами конденсаторами. В результате получается фазовый сдвиг в 180° между напряжениями на коллекторе и базе. Для выполнения амплитудного условия коэффициент обратной связи должен быть равен где  -коэффициент передачи тока транзистор включенного по схеме с ОЭ.Литература «Промышленная электроника» С.П. Миклашевский. «высшая школа», 1964. 377с. «Электроника (курс лекций)» В.А. Пряшников «КОРОНА принт», 2000. 415с. «Электротехника с основами промышленной электроники», В.Е. Китаев. «высшая школа», 1980. 253с. «Электронные приборы» В.Н. Дулин. «Энергия», 1977. 423с. «Основы электроники» В.И. Федотов «Основы преобразовательной техники» Ю.К. Розанов. «Энергия», 1979. 392с ковалентной называют связь между 2-мя валентными электронами соседних атомов, при которой оба электрона, принадлежащие двум соседним атомам, вращаются по одной общей орбите |