Синусоидальные осцилляторы — Введение

Генератор генерирует выходной сигнал без входного сигнала переменного тока. Электронный генератор — это схема, которая преобразует энергию постоянного тока в переменный с очень высокой частотой. Усилитель с положительной обратной связью можно понимать как генератор.

Усилитель против осциллятора

Усилитель увеличивает мощность входного сигнала, тогда как генератор генерирует сигнал без этого входного сигнала, но для его работы требуется постоянный ток. В этом основное отличие усилителя от генератора.

Посмотрите на следующую иллюстрацию. Это ясно показывает, как усилитель берет энергию от источника постоянного тока и преобразует ее в энергию переменного тока на частоте сигнала. Генератор сам генерирует колебательный сигнал переменного тока.

Частота, форма волны и величина мощности переменного тока, генерируемой усилителем, контролируются напряжением сигнала переменного тока, подаваемым на вход, тогда как для генератора используются компоненты в самой цепи, что означает, что не требуется никакого внешнего управляющего напряжения ,

Генератор против генератора

Генератор переменного тока — это механическое устройство, которое производит синусоидальные волны без какого-либо ввода. Этот генератор переменного тока используется для генерации частот до 1000 Гц. Выходная частота зависит от количества полюсов и скорости вращения якоря.

Следующие пункты подчеркивают различия между генератором и генератором —

• Генератор преобразует механическую энергию в энергию переменного тока, тогда как генератор преобразует энергию постоянного тока в энергию переменного тока.

• Генератор может выдавать более высокие частоты в несколько МГц, а генератор — нет.

• Генератор переменного тока имеет вращающиеся части, а электронный генератор — нет.

• Легко изменить частоту колебаний в генераторе, чем в генераторе.

Генератор преобразует механическую энергию в энергию переменного тока, тогда как генератор преобразует энергию постоянного тока в энергию переменного тока.

Генератор может выдавать более высокие частоты в несколько МГц, а генератор — нет.

Генератор переменного тока имеет вращающиеся части, а электронный генератор — нет.

Легко изменить частоту колебаний в генераторе, чем в генераторе.

Генераторы также могут рассматриваться как противоположные выпрямителям, которые преобразуют переменный ток в постоянный, так как они преобразуют постоянный ток в переменное. Подробное описание выпрямителей можно найти в нашем руководстве по электронным схемам .

Классификация осцилляторов

Электронные генераторы подразделяются в основном на следующие две категории:

• Синусоидальные генераторы. Генераторы, которые создают выходной сигнал синусоидальной формы, называются синусоидальными или гармоническими генераторами . Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал на частотах от 20 Гц до 1 ГГц.

• Несинусоидальные осцилляторы . Осцилляторы, которые создают выходной сигнал с квадратной, прямоугольной или пилообразной формой, называются несинусоидальными или релаксационными . Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал в диапазоне частот от 0 Гц до 20 МГц.

Синусоидальные генераторы. Генераторы, которые создают выходной сигнал синусоидальной формы, называются синусоидальными или гармоническими генераторами . Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал на частотах от 20 Гц до 1 ГГц.

Несинусоидальные осцилляторы . Осцилляторы, которые создают выходной сигнал с квадратной, прямоугольной или пилообразной формой, называются несинусоидальными или релаксационными . Такие генераторы могут обеспечивать выходной сигнал в диапазоне частот от 0 Гц до 20 МГц.

В этом уроке мы обсудим только синусоидальные осцилляторы. Вы можете узнать функции несинусоидальных генераторов из нашего учебника по импульсным схемам .

Синусоидальные осцилляторы

Синусоидальные генераторы можно классифицировать по следующим категориям —

• Генераторы с настроенной цепью — эти генераторы используют настроенную цепь, состоящую из катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C), и используются для генерации высокочастотных сигналов. Таким образом, они также известны как радиочастотные РЧ-генераторы. Такими генераторами являются Хартли, Колпитс, Клапп-генераторы и т. Д.

• RC-генераторы. В генераторах используются резисторы и конденсаторы, которые используются для генерации низкочастотных или звуковых сигналов. Таким образом, они также известны как осцилляторы звуковой частоты (AF). Такими генераторами являются Фазо-сдвиговые и Вейн-бридж-генераторы.

• Кристаллические генераторы — эти генераторы используют кварцевые кристаллы и используются для генерации высокостабилизированного выходного сигнала с частотами до 10 МГц. Пьезо-генератор является примером кварцевого генератора.

• Генератор с отрицательным сопротивлением — эти генераторы используют характеристику с отрицательным сопротивлением таких устройств, как туннельные устройства. Настроенный диодный генератор является примером генератора с отрицательным сопротивлением.

Генераторы с настроенной цепью — эти генераторы используют настроенную цепь, состоящую из катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C), и используются для генерации высокочастотных сигналов. Таким образом, они также известны как радиочастотные РЧ-генераторы. Такими генераторами являются Хартли, Колпитс, Клапп-генераторы и т. Д.

RC-генераторы. В генераторах используются резисторы и конденсаторы, которые используются для генерации низкочастотных или звуковых сигналов. Таким образом, они также известны как осцилляторы звуковой частоты (AF). Такими генераторами являются Фазо-сдвиговые и Вейн-бридж-генераторы.

Кристаллические генераторы — эти генераторы используют кварцевые кристаллы и используются для генерации высокостабилизированного выходного сигнала с частотами до 10 МГц. Пьезо-генератор является примером кварцевого генератора.

Генератор с отрицательным сопротивлением — эти генераторы используют характеристику с отрицательным сопротивлением таких устройств, как туннельные устройства. Настроенный диодный генератор является примером генератора с отрицательным сопротивлением.

Природа синусоидальных колебаний

Характер колебаний в синусоидальной волне обычно бывает двух типов. Они затухающие и незатухающие колебания .

Затухающие колебания

Электрические колебания, амплитуда которых продолжает уменьшаться со временем, называются затухающими колебаниями . Частота затухающих колебаний может оставаться постоянной в зависимости от параметров цепи.

Затухающие колебания обычно создаются колебательными контурами, которые производят потери мощности и не компенсируют при необходимости.

Непогруженные колебания

Электрические колебания, амплитуда которых остается постоянной во времени, называются незатухающими колебаниями . Частота незатухающих колебаний остается постоянной.

Незатухающие колебания обычно генерируются колебательными контурами, которые не производят потерь мощности и следуют методам компенсации, если возникают какие-либо потери мощности.

Синусоидальные осцилляторы — основные понятия

Усилитель с положительной обратной связью вырабатывает свой выход в фазе с входом и увеличивает силу сигнала. Положительный отзыв также называется дегенеративным отзывом или прямым отзывом . Этот вид обратной связи делает усилитель обратной связи, генератор.

Использование положительной обратной связи приводит к тому, что усилитель обратной связи имеет усиление с обратной связью больше, чем усиление с обратной связью. Это приводит к нестабильности и работает как колебательный контур. Колебательный контур обеспечивает постоянно изменяющийся усиленный выходной сигнал любой желаемой частоты.

Колебательный круг

Колебательный контур производит электрические колебания желаемой частоты. Они также известны как цепи резервуаров .

Простая схема резервуара состоит из индуктора L и конденсатора C, каждый из которых вместе определяет частоту колебаний схемы.

Чтобы понять концепцию колебательного контура, рассмотрим следующую схему. Конденсатор в этой цепи уже заряжается от источника постоянного тока. В этой ситуации верхняя пластина конденсатора имеет избыток электронов, тогда как нижняя пластина имеет дефицит электронов. Конденсатор содержит некоторую электростатическую энергию, и на конденсаторе имеется напряжение.

Когда переключатель S замкнут, конденсатор разряжается, и ток течет через индуктор. Из-за индуктивного эффекта ток медленно нарастает до максимального значения. Как только конденсатор разряжается полностью, магнитное поле вокруг катушки становится максимальным.

Теперь давайте перейдем к следующему этапу. Как только конденсатор полностью разряжен, магнитное поле начинает разрушаться и создает противо-ЭДС в соответствии с законом Ленца. Конденсатор теперь заряжается положительным зарядом на верхней пластине и отрицательным зарядом на нижней пластине.

Как только конденсатор полностью заряжен, он начинает разряжаться, создавая магнитное поле вокруг катушки, как показано на следующей принципиальной схеме.

Это продолжение зарядки и разрядки приводит к переменному движению электронов или колебательному току . Обмен энергией между L и C вызывает непрерывные колебания .

В идеальной цепи, где нет потерь, колебания будут продолжаться бесконечно. В практической схеме резервуара возникают такие потери, как резистивные и радиационные потери в катушке и диэлектрические потери в конденсаторе. Эти потери приводят к затухающим колебаниям.

Частота колебаний

Частота колебаний, создаваемых контуром бака, определяется компонентами контура бака, L и C. Фактическая частота колебаний — это резонансная частота (или собственная частота) контура резервуара, которая определяется как

$$f_r = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}}$$

Емкость конденсатора

Частота колебаний f _o обратно пропорциональна корню квадратному из емкости конденсатора. Таким образом, если значение используемого конденсатора велико, периоды зарядки и разрядки будут большими. Следовательно, частота будет ниже.

Математически, частота,

$$f_o \ propto 1 \ sqrt {C}$$

Самоиндуктивность катушки

Частота колебаний f _o пропорциональна квадратному корню из самоиндуктивности катушки. Если значение индуктивности велико, противодействие изменению тока больше, и, следовательно, время, необходимое для завершения каждого цикла, будет больше, что означает, что период времени будет больше, а частота будет ниже.

Математически, частота,

$$f_o \ propto 1 \ sqrt {L}$$

Объединяя оба приведенных выше уравнения,

$$f_o \ propto \ frac {1} {\ sqrt {LC}}$$

$$f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}}$$

Приведенное выше уравнение, хотя и указывает выходную частоту, соответствует собственной частоте или резонансной частоте контура резервуара.

Цепь генератора

Цепь генератора представляет собой полный набор всех частей цепи, который помогает генерировать колебания. Эти колебания должны выдерживать и должны быть ослаблены, как только что обсуждалось ранее. Давайте попробуем проанализировать практическую схему генератора, чтобы лучше понять, как работает схема генератора.

Практическая схема генератора

Схема Практического генератора состоит из цепной цепи, транзисторного усилителя и цепи обратной связи. Следующая принципиальная схема показывает расположение практического генератора.

Давайте теперь обсудим части этой практической схемы генератора.

• Цепь резервуара — Цепь резервуара состоит из индуктивности L, соединенной параллельно с конденсатором C. Значения этих двух компонентов определяют частоту схемы генератора, и, следовательно, это называется схемой определения частоты .

• Транзисторный усилитель — Выход цепи резервуара соединен с цепью усилителя, так что колебания, производимые цепью резервуара, здесь усиливаются. Следовательно, выход этих колебаний усиливается усилителем.

• Цепь обратной связи — Функция цепи обратной связи заключается в передаче части выходной энергии в цепь LC в правильной фазе. Эта обратная связь положительна в генераторах, а отрицательная в усилителях.

Цепь резервуара — Цепь резервуара состоит из индуктивности L, соединенной параллельно с конденсатором C. Значения этих двух компонентов определяют частоту схемы генератора, и, следовательно, это называется схемой определения частоты .

Транзисторный усилитель — Выход цепи резервуара соединен с цепью усилителя, так что колебания, производимые цепью резервуара, здесь усиливаются. Следовательно, выход этих колебаний усиливается усилителем.

Цепь обратной связи — Функция цепи обратной связи заключается в передаче части выходной энергии в цепь LC в правильной фазе. Эта обратная связь положительна в генераторах, а отрицательная в усилителях.

Стабильность частоты генератора

Стабильность частоты генератора является мерой его способности поддерживать постоянную частоту в течение длительного промежутка времени. При работе в течение более длительного периода времени частота генератора может иметь отклонение от ранее установленного значения либо путем увеличения, либо уменьшения.

Изменение частоты генератора может возникнуть из-за следующих факторов —

• Рабочая точка используемого активного устройства, такого как BJT или FET, должна находиться в линейной области усилителя. Его отклонение повлияет на частоту генератора.

• Температурная зависимость характеристик компонентов схемы влияет на частоту генератора.

• Изменения напряжения питания постоянного тока, подаваемые на активное устройство, сдвигают частоту генератора. Этого можно избежать, если использовать регулируемый источник питания.

• Изменение выходной нагрузки может привести к изменению добротности контура бака, что приведет к изменению выходной частоты генератора.

• Наличие межэлементных емкостей и паразитных емкостей влияет на выходную частоту генератора и, следовательно, на стабильность частоты.

Рабочая точка используемого активного устройства, такого как BJT или FET, должна находиться в линейной области усилителя. Его отклонение повлияет на частоту генератора.

Температурная зависимость характеристик компонентов схемы влияет на частоту генератора.

Изменения напряжения питания постоянного тока, подаваемые на активное устройство, сдвигают частоту генератора. Этого можно избежать, если использовать регулируемый источник питания.

Изменение выходной нагрузки может привести к изменению добротности контура бака, что приведет к изменению выходной частоты генератора.

Наличие межэлементных емкостей и паразитных емкостей влияет на выходную частоту генератора и, следовательно, на стабильность частоты.

Критерий Баркгаузена

Обладая знаниями, которые у нас есть до сих пор, мы поняли, что практическая схема генератора состоит из цепи бака, схемы усилителя транзистора и цепи обратной связи. Итак, давайте теперь попытаемся освежить концепцию усилителей обратной связи, чтобы получить усиление усилителей обратной связи.

Принцип обратной связи усилителя

Усилитель обратной связи обычно состоит из двух частей. Это усилитель и цепь обратной связи . Схема обратной связи обычно состоит из резисторов. Концепция усилителя обратной связи может быть понята из следующего рисунка ниже.

На приведенном выше рисунке коэффициент усиления усилителя представлен как A. Коэффициент усиления усилителя представляет собой отношение выходного напряжения Vo к входному напряжению V _i . Сеть обратной связи извлекает напряжение V _f = β V _o из выхода V _o усилителя.

Это напряжение складывается для положительной обратной связи и вычитается для отрицательной обратной связи из напряжения сигнала V _s .

Итак, для положительного отзыва,

V _i = V _s + V _f = V _s + β V _o

Величина β = V _f / V _o называется коэффициентом обратной связи или долей обратной связи.

Выходное напряжение V _o должно быть равно входному напряжению (V _s + βV _o ), умноженному на коэффициент усиления A усилителя.

Следовательно,

$$(V_s + \ beta V_o) A = V_o$$

Или же

$$AV_s + A \ beta V_o = V_o$$

Или же

$$AV_s = V_o (1 - A \ beta)$$

Следовательно

$$\ frac {V_o} {V_s} = \ frac {A} {1 - A \ beta}$$

Пусть A _f будет общим усилением (усилением с обратной связью) усилителя. Это определяется как отношение выходного напряжения V _o к приложенному сигнальному напряжению V _s , т.е.

Af= fracВыходНапряжениеВходСигналНапряжение= fracVoVs $$A_f = \ frac {Выход \: Напряжение} {Вход \: Сигнал \: Напряжение} = \ frac {V_o} {V_s}$$

Из приведенных выше двух уравнений мы можем понять, что уравнение усиления усилителя обратной связи с положительной обратной связью определяется выражением

$$A_f = \ frac {A} {1 - A \ beta}$$

Где Aβ — коэффициент обратной связи или усиление контура .

Если Aβ = 1, A _f = ∞. Таким образом, усиление становится бесконечным, т. Е. Есть выход без какого-либо ввода. Другими словами, усилитель работает как генератор.

Условие Aβ = 1 называется критерием Баркгаузена колебаний . Это очень важный фактор, который нужно всегда учитывать в концепции осцилляторов.

Настраиваемые генераторы

Настраиваемые генераторы — это схемы, которые генерируют колебания с помощью настройки цепей. Цепи настройки состоят из индуктивности L и конденсатора C. Они также известны как генераторы LC, генераторы резонансного контура или генераторы контура бака .

Отрегулированные генераторы схемы используются для получения выходного сигнала с частотами в диапазоне от 1 МГц до 500 МГц. Следовательно, они также известны как РЧ-генераторы . BJT или FET используется в качестве усилителя с настроенными схемными генераторами. С помощью усилителя и цепи LC-бака мы можем передавать сигнал с правильной амплитудой и фазой для поддержания колебаний.

Типы настроенных цепных генераторов

Большинство генераторов, используемых в радиопередатчиках и приемниках, относятся к типу генераторов LC. В зависимости от того, как используется обратная связь в цепи, генераторы LC делятся на следующие типы.

• Настроенный коллектор или генератор Armstrong — используется индуктивная обратная связь от коллектора транзистора к базе. Схема LC находится в цепи коллектора транзистора.

• Настроенный базовый генератор — использует индуктивную обратную связь. Но схема LC находится в базовой цепи.

• Осциллятор Хартли — использует индуктивную обратную связь.

• Colpitts Oscillator — использует емкостную обратную связь.

• Осциллятор Clapp — использует емкостную обратную связь.

Настроенный коллектор или генератор Armstrong — используется индуктивная обратная связь от коллектора транзистора к базе. Схема LC находится в цепи коллектора транзистора.

Настроенный базовый генератор — использует индуктивную обратную связь. Но схема LC находится в базовой цепи.

Осциллятор Хартли — использует индуктивную обратную связь.

Colpitts Oscillator — использует емкостную обратную связь.

Осциллятор Clapp — использует емкостную обратную связь.

Теперь мы подробно обсудим все вышеупомянутые LC-генераторы.

Настроенный Коллектор Осциллятор

Настроенные коллекторные осцилляторы называются так, потому что настраиваемая схема размещена в коллекторе транзисторного усилителя. Комбинация L и C образует настроенную схему или схему определения частоты.

строительство

Резисторы R ₁ , R ₂ и R _E используются для обеспечения постоянного смещения транзистора. Конденсаторы C _E и C являются обходными конденсаторами. Вторичная обмотка трансформатора обеспечивает напряжение обратной связи переменного тока, которое появляется на стыке базового эмиттера R _1, а R ₂ находится на заземлении переменного тока из-за обводного конденсатора C. В случае, если конденсатор отсутствовал, часть напряжения, индуцированного в вторичная обмотка трансформатора будет падать через R ₂ вместо того, чтобы полностью идти на вход транзистора.

Так как транзистор с конфигурацией CE обеспечивает сдвиг фазы на 180 ^o, трансформатор обеспечивает еще один сдвиг фазы на 180 ^o , который обеспечивает сдвиг фазы на 360 ^o между входным и выходным напряжениями. Следующая принципиальная схема показывает расположение настроенной схемы коллектора.

операция

После подачи питания ток коллектора начинает увеличиваться, и происходит зарядка конденсатора C. Когда конденсатор полностью заряжен, он разряжается через индуктивность L ₁ . Теперь колебания производятся. Эти колебания вызывают некоторое напряжение во вторичной обмотке L ₂ . Частота напряжения, наведенного во вторичной обмотке, такая же, как и в цепи бака, и его величина зависит от числа витков во вторичной обмотке и связи между обеими обмотками.

Напряжение на L ₂ прикладывается между базой и эмиттером и появляется в усиленном виде в цепи коллектора, тем самым преодолевая потери в цепи бака. Число оборотов L ₂ и связи между L ₁ и L ₂ отрегулированы так, что колебания поперек L ₂ усиливаются до уровня, достаточного только для обеспечения потерь в контуре резервуара.

Настроенные коллекторные генераторы широко используются в качестве локального генератора в радиоприемниках.

Настроенный базовый генератор

Настроенные базовые генераторы называются так, потому что настроенная схема размещена в базе транзисторного усилителя. Комбинация L и C образует настроенную схему или схему определения частоты.

строительство

Резисторы R ₁ , R ₂ и R _E используются для обеспечения постоянного смещения транзистора. Параллельная комбинация R _e и C _e в цепи эмиттера является стабилизирующей схемой. C _C — блокирующий конденсатор. Конденсаторы C _E и C являются обходными конденсаторами. Первичная обмотка L и вторичная обмотка L1 РЧ трансформатора обеспечивают необходимую обратную связь с коллекторной и базовой цепями.

Так как транзистор с конфигурацией CE обеспечивает сдвиг фазы на 180 ^o, трансформатор обеспечивает еще один сдвиг фазы на 180 ^o , который обеспечивает сдвиг фазы на 360 ^o между входным и выходным напряжениями. Следующая принципиальная схема показывает расположение настроенного базового генератора.

операция

Когда цепь включена, ток коллектора начинает расти. Когда коллектор соединен с катушкой L ₁ , этот ток создает вокруг нее некоторое магнитное поле. Это вызывает напряжение в настроенной цепи катушки L. Напряжение обратной связи вызывает увеличение напряжения на базе эмиттера и тока базы. Таким образом достигается дальнейшее увеличение тока коллектора, и цикл продолжается до тех пор, пока ток коллектора не станет насыщенным. Между тем, конденсатор полностью заряжен.

Когда ток коллектора достигает уровня насыщения, в L. отсутствует напряжение обратной связи. Когда конденсатор полностью заряжен, он начинает разряжаться через L. Это уменьшает смещение базы эмиттера и, следовательно, I _B, и ток коллектора также уменьшается. К тому времени, когда ток коллектора достигает предела, конденсатор С полностью заряжается с противоположной полярностью. Когда транзистор отключается, конденсатор C начинает разряжаться через L. Это увеличивает смещение базы эмиттера. В результате ток коллектора увеличивается.

Цикл повторяется до тех пор, пока подается достаточно энергии для удовлетворения потерь в цепи LC. Частота колебаний равна резонансной частоте LC-контура.

недостаток

Основным недостатком схемы генератора с настраиваемой базой является то, что из-за низкого сопротивления базы-эмиттера, которое появляется в шунте с настроенной схемой, цепь бака нагружается. Это уменьшает его Q, что, в свою очередь, вызывает дрейф частоты генератора. Таким образом, стабильность становится беднее. По этой причине настроенная схема обычно не подключена к базовой цепи.

Осциллятор Хартли

Очень популярной схемой местного генератора , которая в основном используется в радиоприемниках, является схема генератора Хартли . Конструктивные детали и работа генератора Хартли описаны ниже.

строительство

На принципиальной схеме генератора Хартли, показанной ниже, резисторы R ₁ , R ₂ и R _e обеспечивают необходимое условие смещения для цепи. Конденсатор C _e обеспечивает заземление переменного тока, тем самым обеспечивая любое вырождение сигнала. Это также обеспечивает стабилизацию температуры.

Конденсаторы C _c и C _b используются для блокировки постоянного тока и для обеспечения пути переменного тока. Радиочастотный дроссель (RFC) обеспечивает очень высокий импеданс для высокочастотных токов, что означает, что он замыкается на постоянный ток и размыкается на переменный ток. Следовательно, он обеспечивает постоянную нагрузку для коллектора и удерживает переменные токи от источника постоянного тока.

Танковая цепь

Сеть, определяющая частоту, представляет собой параллельный резонансный контур, который состоит из индукторов L ₁ и L ₂ вместе с переменным конденсатором C. Соединение L ₁ и L ₂ заземлено. Катушка L ₁ имеет один конец, соединенный с основанием через C _c, а другой — с эмиттером через C _e . Итак, L ₂ находится в выходной цепи. Обе катушки L ₁ и L ₂ индуктивно связаны и вместе образуют автотрансформатор .

Следующая принципиальная схема показывает расположение генератора Хартли. Цепь резервуара шунтируется в этой цепи. Это также может быть последовательным питанием .

операция

Когда подается питание коллектора, в колебательном контуре или контуре бака возникает переходный ток. Колебательный ток в цепи бака создает переменное напряжение через L ₁ .

Автотрансформатор, созданный индуктивной связью L ₁ и L _2, помогает в определении частоты и устанавливает обратную связь. Так как транзистор с конфигурацией CE обеспечивает сдвиг фазы на 180 ^o, трансформатор обеспечивает еще один сдвиг фазы на 180 ^o , который обеспечивает сдвиг фазы на 360 ^o между входным и выходным напряжениями.

Это делает обратную связь положительной, что существенно для состояния колебаний. Когда усиление петли | βA | усилителя больше единицы , колебания поддерживаются в цепи.

частота

Уравнение для частоты генератора Хартли дается в виде

$$f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L_T C}}$$

$$L_T = L_1 + L_2 + 2M$$

Здесь L _T — общая кумулятивно связанная индуктивность; L ₁ и L ₂ представляют индуктивности 1- ^й и 2- ^й катушек; и М представляет взаимную индуктивность.

Взаимная индуктивность рассчитывается с учетом двух обмоток.

преимущества

Преимущества осциллятора Hartley:

• Вместо использования большого трансформатора в качестве автотрансформатора можно использовать одну катушку.

• Частоту можно варьировать, используя переменный конденсатор или переменный индуктор.

• Достаточно меньшее количество компонентов.

• Амплитуда выходного сигнала остается постоянной в фиксированном диапазоне частот.

Вместо использования большого трансформатора в качестве автотрансформатора можно использовать одну катушку.

Частоту можно варьировать, используя переменный конденсатор или переменный индуктор.

Достаточно меньшее количество компонентов.

Амплитуда выходного сигнала остается постоянной в фиксированном диапазоне частот.

Недостатки

Недостатками осциллятора Хартли являются

• Это не может быть генератор низкой частоты.
• Гармонические искажения присутствуют.

Приложения

Приложения генератора Хартли являются

• Он используется для создания синусоиды желаемой частоты.
• В основном используется в качестве местного генератора в радиоприемниках.
• Он также используется в качестве РЧ-генератора.

Колпитс Осциллятор

Генератор Колпитса выглядит так же, как генератор Хартли, но катушки индуктивности и конденсаторы заменены друг на друга в цепи бака. Конструктивные детали и работа генератора Колпитца описаны ниже.

строительство

Давайте сначала взглянем на принципиальную схему генератора Колпитса.

Резисторы R ₁ , R ₂ и R _e обеспечивают необходимое условие смещения для цепи. Конденсатор C _e обеспечивает заземление переменного тока, тем самым обеспечивая любое вырождение сигнала. Это также обеспечивает стабилизацию температуры.

Конденсаторы C _c и C _b используются для блокировки постоянного тока и для обеспечения пути переменного тока. Радиочастотный дроссель (RFC) обеспечивает очень высокий импеданс для высокочастотных токов, что означает, что он замыкается на постоянный ток и размыкается на переменный ток. Следовательно, он обеспечивает постоянную нагрузку для коллектора и удерживает переменные токи от источника постоянного тока.

Танковая цепь

Сеть, определяющая частоту, представляет собой параллельный резонансный контур, который состоит из переменных конденсаторов C ₁ и C ₂ вместе с индуктором L. Соединение C ₁ и C ₂ заземлено. Конденсатор C ₁ имеет один конец, соединенный с базой через C _c, а другой — с эмиттером через C _e . напряжение, развиваемое через C _1, обеспечивает регенеративную обратную связь, необходимую для устойчивых колебаний.

операция

Когда подается питание коллектора, в колебательном контуре или контуре бака возникает переходный ток. Колебательный ток в цепи бака создает переменное напряжение на C _1, которое подается на соединение базового эмиттера и появляется в усиленном виде в цепи коллектора и приводит к потерям в цепи бака.

Если клемма 1 имеет положительный потенциал относительно клеммы 3 в любой момент, тогда клемма 2 будет иметь отрицательный потенциал относительно 3 в этот момент, потому что клемма 3 заземлена. Следовательно, точки 1 и 2 смещены по фазе на 180 ^o .

Поскольку транзистор, настроенный CE, обеспечивает сдвиг фазы на 180 ^o , он делает сдвиг фазы на 360 ^o между входным и выходным напряжениями. Следовательно, обратная связь должным образом фазируется для получения непрерывных незатухающих колебаний. Когда усиление петли | βA | усилителя больше единицы, колебания поддерживаются в цепи.

частота

Уравнение для частоты генератора Колпитца имеет вид

$$f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC_T}}$$

C _T — общая емкость C ₁ и C _2, соединенных последовательно.

$$\ frac {1} {C_T} = \ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2}$$

$$C_T = \ frac {C_1 \ times C_2} {C_1 + C_2}$$

преимущества

Преимущества генератора Колпитса заключаются в следующем —

• Генератор Колпитца может генерировать синусоидальные сигналы очень высоких частот.
• Он может выдерживать высокие и низкие температуры.
• Стабильность частоты высокая.
• Частота может быть изменена с помощью обоих переменных конденсаторов.
• Достаточно меньшее количество компонентов.
• Амплитуда выходного сигнала остается постоянной в фиксированном диапазоне частот.

Генератор Колпитса предназначен для устранения недостатков генератора Хартли и, как известно, не имеет особых недостатков. Следовательно, существует много применений генератора Колпитца.

Приложения

Применения генератора Колпитса заключаются в следующем —

• Генератор Колпитца может использоваться как высокочастотный синусоидальный генератор.
• Это может быть использовано в качестве датчика температуры с некоторыми связанными схемами.
• В основном используется в качестве местного генератора в радиоприемниках.
• Он также используется в качестве РЧ-генератора.
• Он также используется в мобильных приложениях.
• У него есть много других коммерческих приложений.

Генератор осциллятора

Другой генератор, который является усовершенствованной версией генератора Колпитса, является генератором Клэппа . Эта схема разработана путем внесения нескольких изменений в генератор Колпитса.

Схема отличается от генератора Колпитса только в одном отношении; он содержит один дополнительный конденсатор (C ₃ ), соединенный последовательно с индуктором. Добавление конденсатора (C ₃ ) улучшает стабильность частоты и устраняет влияние параметров транзистора и паразитных емкостей.

Следующая принципиальная схема показывает расположение транзистора с генератором Clapp .

Работа генератора осциллятора Клэппа происходит так же, как и работы генератора Колпитса. Частота генератора задается соотношением,

$$f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}}$$

куда

$$C = \ frac {1} {\ frac {1} {C_1} + \ frac {1} {C_2} + \ frac {1} {C_3}}$$

Обычно значение C ₃ намного меньше, чем C ₁ и C ₂ . В результате этого C приблизительно равен C ₃ . Следовательно, частота колебаний,

$$f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L.C_3}}$$

Понятно, что генератор Клэппа аналогичен генератору Колпитса, однако они отличаются способом расположения индуктивностей и емкостей. Хотя стабильность частоты хорошая, она может быть переменной в генераторе Клаппа.

Генератор Клэппа иногда предпочтительнее генератора Колпитса для создания генератора с переменной частотой. Генераторы Clapp используются в цепях настройки приемника в качестве генератора частоты.

Генераторы сдвига фазы

Одна из важных особенностей генератора заключается в том, что приложенная энергия обратной связи должна быть в правильной фазе к контуру резервуара. В обсуждаемых схемах генераторов использовалась комбинация индуктивности (L) и конденсатора (C) в цепи бака или в схеме определения частоты.

Мы наблюдали, что комбинация LC в генераторах обеспечивает сдвиг фазы на 180 ^o, а транзистор в конфигурации CE обеспечивает сдвиг фазы на 180 o, что в сумме дает сдвиг фазы на 360 ^o , что приводит к нулевой разности фаз.

Недостатки LC-цепей

Хотя у них мало приложений, у LC- контуров есть несколько недостатков, таких как

• Нестабильность частоты
• Форма волны плохая
• Не может использоваться для низких частот
• Индукторы громоздкие и дорогие

У нас есть другой тип осцилляторных цепей, которые изготавливаются путем замены индукторов резисторами. Тем самым улучшается стабильность частоты и получается форма сигнала хорошего качества. Эти генераторы также могут создавать более низкие частоты. Кроме того, схема не становится ни громоздкой, ни дорогой.

Таким образом, все недостатки цепей генератора LC устраняются в цепях генератора RC . Отсюда возникает необходимость в цепях RC генератора. Они также называются осцилляторами с фазовым сдвигом .

Принцип фазосдвигателей

Мы знаем, что выходное напряжение RC-цепи для синусоидального входа опережает входное напряжение. Фазовый угол, по которому он ведет, определяется значением RC-компонентов, используемых в цепи. Следующая принципиальная схема показывает один участок сети RC.

Выходное напряжение V ₁ ‘на резисторе R опускает входное напряжение, подаваемое на вход V _1, на некоторый фазовый угол ɸ ^o . Если R уменьшится до нуля, V ₁ ‘приведет V ₁ к 90 ^o, т. Е. ɸ ^o = 90 ^o .

Однако регулировка R до нуля была бы неосуществимой, потому что это привело бы к отсутствию напряжения на R. Поэтому на практике R изменяется до такого значения, которое заставляет V ₁ ′ вести V ₁ на 60 ^o . Следующая принципиальная схема показывает три секции сети RC.

Каждая секция производит сдвиг фазы 60 ^o . Следовательно, общий фазовый сдвиг составляет 180 ^o , то есть напряжение V ₂ опережает напряжение V ₁ на 180 ^o .

Цепь осциллятора с фазовым сдвигом

Цепь генератора, которая производит синусоидальную волну с использованием сети с фазовым сдвигом, называется схемой генератора с фазовым сдвигом. Конструктивные детали и работа схемы генератора фазового сдвига приведены ниже.

строительство

Схема генератора с фазовым сдвигом состоит из секции усилителя с одним транзистором и RC-сети с фазовым сдвигом. Сеть фазового сдвига в этой цепи состоит из трех RC-секций. На резонансной частоте f _o фазовый сдвиг в каждой секции RC составляет 60 ^o, поэтому суммарный фазовый сдвиг, создаваемый сетью RC, составляет 180 ^o .

Следующая принципиальная схема показывает расположение RC-генератора с фазовым сдвигом.

Частота колебаний определяется как

$$f_o = \ frac {1} {2 \ pi RC \ sqrt {6}}$$

куда

$$R_1 = R_2 = R_3 = R$$

$$C_1 = C_2 = C_3 = C$$

операция

При включении цепь колеблется с резонансной частотой f _o . Выход E _o усилителя подается обратно в сеть обратной связи RC. Эта сеть производит сдвиг фазы на 180 ^o, и на ее выходе появляется напряжение E _i . Это напряжение подается на транзисторный усилитель.

Обратная связь будет

$$m = E_i / E_o$$

Обратная связь находится в правильной фазе, в то время как транзисторный усилитель, который находится в конфигурации CE, производит фазовый сдвиг на 180 ^o . Сдвиг фазы, создаваемый сетью и транзистором, складывается, образуя сдвиг фазы вокруг всей петли, который составляет 360 ^o .

преимущества

Преимущества RC фазового генератора следующие:

• Не требует трансформаторов или индукторов.
• Может использоваться для получения очень низких частот.
• Схема обеспечивает хорошую стабильность частоты.

Недостатки

Недостатками RC-генератора с фазовым сдвигом являются:

• Запустить колебания сложно, так как обратная связь мала.
• Выход продукции небольшой.

Осциллятор моста Вены

Другой тип популярного генератора звуковых частот — это мостовая схема Вена. Это в основном используется из-за его важных особенностей. Эта цепь свободна от колебаний цепи и температуры окружающей среды .

Основным преимуществом этого генератора является то, что частота может варьироваться в диапазоне от 10 Гц до 1 МГц, тогда как в RC генераторах частота не изменяется.

строительство

Конструкция схемы мостового генератора Вина может быть объяснена следующим образом. Это двухступенчатый усилитель с RC мостовой схемой. Мостовая цепь имеет плечи R ₁ C ₁ , R ₃ , R ₂ C ₂ и вольфрамовую лампу L _p . Сопротивление R ₃ и лампа L _p используются для стабилизации амплитуды выходного сигнала.

Следующая принципиальная схема показывает расположение мостового генератора Вина.

Транзистор T ₁ служит в качестве генератора и усилителя, а другой транзистор T ₂ служит в качестве инвертора. Работа инвертора обеспечивает сдвиг фазы на 180 ^o . Эта схема обеспечивает положительную обратную связь через R _1, C ₁ , C ₂ R ₂ на транзистор T ₁ и отрицательную обратную связь через делитель напряжения на вход транзистора T ₂ .

Частота колебаний определяется последовательным элементом R ₁ C ₁ и параллельным элементом R ₂ C ₂ моста.

$$f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {R_1C_1R_2C_2}}$$

Если R ₁ = R ₂ и C ₁ = C ₂ = C

Затем,

$$f = \ frac {1} {2 \ pi RC}$$

Теперь мы можем упростить вышеуказанную схему следующим образом:

Генератор состоит из двух ступеней RC-усилителя и сети обратной связи. Напряжение на параллельной комбинации R и C подается на вход усилителя 1. Чистый фазовый сдвиг через два усилителя равен нулю.

Обычная идея подключения выхода усилителя 2 к усилителю 1 для обеспечения регенерации сигнала для генератора здесь не применима, поскольку усилитель 1 будет усиливать сигналы в широком диапазоне частот, и, следовательно, прямое соединение приведет к плохой стабильности частоты. При добавлении сети обратной связи моста Wien генератор становится чувствительным к определенной частоте и, следовательно, достигается стабильность частоты.

операция

Когда цепь включена, мостовая цепь генерирует колебания частоты, указанной выше. Два транзистора производят полный фазовый сдвиг 360 ^o, так что обеспечивается надлежащая положительная обратная связь. Отрицательная обратная связь в цепи обеспечивает постоянный выход. Это достигается с помощью термочувствительной вольфрамовой лампы L _p . Его сопротивление увеличивается с током.

Если амплитуда выходного сигнала увеличивается, вырабатывается больше тока и достигается более отрицательная обратная связь. Из-за этого вывод вернется к исходному значению. Принимая во внимание, что, если выход имеет тенденцию уменьшаться, обратное действие имело бы место.

преимущества

Преимущества мостового осциллятора Wien следующие:

• Схема обеспечивает хорошую стабильность частоты.

• Это обеспечивает постоянный выход.

• Работа схемы довольно проста.

• Общий коэффициент усиления высок благодаря двум транзисторам.

• Частота колебаний может быть легко изменена.

• Стабильность амплитуды выходного напряжения можно поддерживать более точно, заменив R ₂ термистором.

Схема обеспечивает хорошую стабильность частоты.

Это обеспечивает постоянный выход.

Работа схемы довольно проста.

Общий коэффициент усиления высок благодаря двум транзисторам.

Частота колебаний может быть легко изменена.

Стабильность амплитуды выходного напряжения можно поддерживать более точно, заменив R ₂ термистором.

Недостатки

Недостатки мостового осциллятора Wien заключаются в следующем —

• Схема не может генерировать очень высокие частоты.

• Для построения схемы требуются два транзистора и количество компонентов.

Схема не может генерировать очень высокие частоты.

Для построения схемы требуются два транзистора и количество компонентов.

Кварцевые генераторы

Всякий раз, когда генератор работает непрерывно, это влияет на его стабильность частоты . Там происходят изменения в его частоте. Основными факторами, которые влияют на частоту генератора, являются

• Варианты питания
• Изменения температуры
• Изменения нагрузки или выходного сопротивления

В генераторах RC и LC значения сопротивления, емкости и индуктивности меняются в зависимости от температуры и, следовательно, на частоту влияют. Чтобы избежать этой проблемы, пьезоэлектрические кристаллы используются в генераторах.

Использование пьезоэлектрических кристаллов в параллельных резонансных контурах обеспечивает высокую стабильность частоты в генераторах. Такие генераторы называются Кристаллическими Осцилляторами .

Кварцевые генераторы

Принцип работы кварцевых генераторов зависит от пьезоэлектрического эффекта . Естественная форма кристалла шестиугольная. Когда кристаллическая пластина изогнута перпендикулярно оси X, она называется X-разрезом, а когда она разрезается вдоль оси Y, она называется Y-разрезом.

Кристалл, используемый в кварцевом генераторе, обладает свойством, называемым пьезоэлектрическим свойством. Итак, давайте разберемся с пьезоэлектрическим эффектом.

Пьезоэлектрический эффект

Кристалл проявляет свойство, заключающееся в том, что когда механическое напряжение прикладывается к одной из граней кристалла, разность потенциалов развивается на противоположных гранях кристалла. И наоборот, когда разность потенциалов прикладывается к одной из граней, вдоль других граней создается механическое напряжение. Это известно как пьезоэлектрический эффект .

Некоторые кристаллические материалы, такие как соль Рошеля, кварц и турмалин, обладают пьезоэлектрическим эффектом, и такие материалы называются пьезоэлектрическими кристаллами . Кварц является наиболее часто используемым пьезоэлектрическим кристаллом, потому что он недорог и легко доступен в природе.

Когда пьезоэлектрический кристалл подвергается воздействию переменного потенциала, он вибрирует механически. Амплитуда механических колебаний становится максимальной, когда частота переменного напряжения равна собственной частоте кристалла.

Работа кварцевого кристалла

Чтобы заставить кристалл работать в электронной схеме, кристалл помещают между двумя металлическими пластинами в форме конденсатора. Кварц является наиболее часто используемым типом кристаллов из-за его доступности и сильной природы, будучи недорогим. Переменное напряжение подается параллельно кристаллу.

Схема расположения кварцевого кристалла будет такой, как показано ниже —

Если подается переменное напряжение, кристалл начинает вибрировать с частотой приложенного напряжения. Однако, если частота приложенного напряжения сделана равной собственной частоте кристалла, возникает резонанс, и колебания кристалла достигают максимального значения. Эта собственная частота почти постоянна.

Эквивалентная схема кристалла

Если мы попытаемся представить кристалл эквивалентной электрической цепью, мы должны рассмотреть два случая: когда он вибрирует, а когда нет. Цифры ниже представляют символ и электрическую эквивалентную схему кристалла соответственно.

Вышеупомянутая эквивалентная схема состоит из последовательной RLC-схемы, параллельной емкости C _m . Когда кристалл, установленный на источнике переменного тока, не вибрирует, он эквивалентен емкости C _m . Когда кристалл вибрирует, он действует как настроенная схема RLC.

Частотный отклик

Частотная характеристика кристалла показана ниже. График показывает реактивное сопротивление (X _L или X _C ) в зависимости от частоты (f). Очевидно, что кристалл имеет две близко расположенные резонансные частоты.

Первая — это последовательная резонансная частота (f _s ), которая возникает, когда реактивное сопротивление индуктивности (L) равно реактивному сопротивлению емкости C. В этом случае полное сопротивление эквивалентной цепи равно сопротивлению R и частота колебаний определяется соотношением,

$$f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}}$$

Вторая — это параллельная резонансная частота (f _p ), которая возникает, когда реактивное сопротивление ветви RLC равно реактивному сопротивлению конденсатора C _m . На этой частоте кристалл обеспечивает очень высокое сопротивление внешней цепи, и частота колебаний определяется соотношением.

$$f_p = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L.C_T}}$$

куда

$$C_T = \ frac {C C_m} {(C + C_m)}$$

Значение C _m обычно очень велико по сравнению с C. Следовательно, значение C _T приблизительно равно C, и, следовательно, последовательная резонансная частота приблизительно равна параллельной резонансной частоте (то есть f _s = f _p ).

Схема кварцевого генератора

Схема кварцевого генератора может быть сконструирована несколькими способами, такими как кварцевый генератор, управляемый кристаллом, кварцевый генератор Колпитса, кварцевый генератор Клэпа и т. Д. Но транзисторный кварцевый генератор с пирсингом является наиболее часто используемым. Это схема, которая обычно называется схемой кварцевого генератора.

Следующая принципиальная схема показывает расположение транзисторного кварцевого генератора.

В этой схеме кристалл соединен как последовательный элемент на пути обратной связи от коллектора к основанию. Резисторы R ₁ , R ₂ и R _E обеспечивают цепь стабилизированного постоянного напряжения делителя напряжения. Конденсатор C _E обеспечивает байпас переменного тока эмиттерного резистора, а RFC (радиочастотный дроссель) катушка обеспечивает смещение постоянного тока, в то же время отделяя любой сигнал переменного тока на линиях электропередачи от воздействия на выходной сигнал. Конденсатор связи С имеет незначительное полное сопротивление на рабочей частоте цепи. Но он блокирует любой постоянный ток между коллектором и базой.

Частота колебаний схемы задается последовательной резонансной частотой кристалла, а ее значение определяется соотношением,

$$f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}}$$

Можно отметить, что изменения напряжения питания, параметров транзисторного устройства и т. Д. Не влияют на рабочую частоту схемы, которая поддерживается кристаллом стабильно.

преимущества

Преимущества кварцевого генератора следующие:

• Они имеют высокий порядок стабильности частоты.
• Коэффициент качества (Q) кристалла очень высок.

Недостатки

Недостатками кварцевого генератора являются:

• Они хрупкие и могут использоваться в цепях малой мощности.
• Частота колебаний не может быть существенно изменена.

Стабильность частоты генератора

Ожидается, что генератор будет поддерживать свою частоту в течение более длительного периода времени без каких-либо изменений, чтобы иметь более плавный чистый синусоидальный выход для работы схемы. Следовательно, термин «стабильность частоты» действительно имеет большое значение, когда речь идет о генераторах, будь то синусоидальные или несинусоидальные.

Стабильность частоты генератора определяется как способность генератора поддерживать необходимую частоту постоянной в течение длительного интервала времени, насколько это возможно. Попробуем обсудить факторы, влияющие на эту стабильность частоты.

Изменение в рабочей точке

Мы уже познакомились с параметрами транзистора и узнали, насколько важна рабочая точка. Стабильность этой рабочей точки для транзистора, используемого в схеме усиления (BJT или FET), имеет большее значение.

Работа используемого активного устройства регулируется так, чтобы соответствовать линейной части его характеристик. Эта точка сдвигается из-за колебаний температуры, и, следовательно, это влияет на стабильность.

Изменение температуры

Цепь бака в цепи генератора содержит различные компоненты, определяющие частоту, такие как резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности. Все их параметры зависят от температуры. Из-за изменения температуры на их значения влияют. Это приводит к изменению частоты контура генератора.

Из-за питания

Изменения в подаваемой мощности также влияют на частоту. Изменения источника питания приводят к изменениям в V _cc . Это повлияет на частоту производимых колебаний.

Во избежание этого внедрена система регулируемого энергоснабжения. Вкратце это называется RPS. Детали регулируемого электропитания были четко обсуждены в разделе электропитания учебного пособия по электронным схемам.

Изменение выходной нагрузки

Изменения выходного сопротивления или выходной нагрузки также влияют на частоту генератора. Когда нагрузка подключена, эффективное сопротивление цепи бака изменяется. В результате добротность LC настроенной схемы изменяется. Это приводит к изменению выходной частоты генератора.

Изменения в межэлементных емкостях

Межэлементные емкости — это емкости, которые развиваются в материалах PN-перехода, таких как диоды и транзисторы. Они разработаны из-за заряда, присутствующего в них во время их работы.

Межэлементные конденсаторы претерпевают изменения по различным причинам, таким как температура, напряжение и т. Д. Эта проблема может быть решена путем подключения затухающего конденсатора через неисправный межэлементный конденсатор.

Значение Q

Значение Q (добротность) должно быть высоким в генераторах. Значение Q в настроенных генераторах определяет селективность. Поскольку этот Q прямо пропорционален стабильности частоты настроенной цепи, значение Q должно поддерживаться на высоком уровне.

Стабильность частоты может быть математически представлена ​​как

$$S_w = d \ theta / dw$$

Где dθ — сдвиг фазы, введенный для небольшого изменения частоты номинальной частоты f _r . Схема, дающая большее значение (dθ / dw), имеет более стабильную частоту колебаний.

Осцилляторы с отрицательным сопротивлением

Осциллятор, который работает с отрицательным сопротивлением, можно назвать осциллятором отрицательного сопротивления. Термин « отрицательное сопротивление» относится к состоянию, при котором увеличение напряжения в двух точках вызывает уменьшение тока. Некоторые из нелинейных устройств проявляют свойство отрицательного сопротивления при определенных условиях.

Свойство отрицательного сопротивления

Давайте рассмотрим поведение, когда напряжение приложено к нелинейному устройству, которое проявляет свойство отрицательного сопротивления. Чтобы понять это свойство, давайте посмотрим на график ниже, чтобы узнать изменения напряжения и тока.

Когда прямое напряжение увеличивается, ток быстро увеличивается, и он увеличивается до пиковой точки, называемой пиковым током, обозначенной I _P. Напряжение в этой точке называется пиковым напряжением , обозначаемым V _P. Эта точка обозначена буквой А на приведенном выше графике. Точка A называется Пиковой точкой .

Если напряжение дополнительно увеличивается за пределы V _P , то ток начинает уменьшаться. Оно уменьшается до точки, называемой Долинным течением , обозначенной I _V. Напряжение в этой точке называется напряжением в долине , обозначаемым V _V. Эта точка обозначена буквой B на приведенном выше графике. Точка B называется Point Valley .

Следовательно, область между точкой A и точкой B указывает область отрицательного сопротивления . Как только точка впадины достигнута и если напряжение еще больше увеличится, ток начнет увеличиваться. Это означает, что область отрицательного сопротивления была закончена, и устройство ведет себя нормально в соответствии с законом Ома. Эта область называется областью положительного сопротивления , которая обозначена точкой B на точке C на графике.

Немногие осцилляторы обладают отрицательным сопротивлением во время работы. Однопереходный генератор является лучшим примером несинусоидального генератора (вырабатывает форму развертки в качестве выходного сигнала), который проявляет свойство отрицательного сопротивления, в то время как туннельный диодный генератор является лучшим примером синусоидального генератора, который проявляет свойство отрицательного сопротивления.

В следующей главе этого руководства мы обсудим больше о туннельных диодных генераторах.

Туннельный диодный генератор

Схема генератора, построенная с использованием туннельного диода, называется туннельным диодным генератором. Если концентрация примеси нормального PN-перехода сильно возрастает, образуется этот туннельный диод . Он также известен как диод Esaki , после его изобретателя.

Туннельный Диод

Когда концентрация примеси в диоде увеличивается, ширина области обеднения уменьшается, распространяя некоторую дополнительную силу на носители заряда, чтобы пересечь переход. Когда эта концентрация еще больше увеличивается из-за меньшей ширины области обеднения и повышенной энергии носителей заряда, они проникают через потенциальный барьер, а не поднимаются над ним. Это проникновение можно понимать как туннелирование и, следовательно, название, туннельный диод .

На следующем рисунке показано, как выглядит практичный туннельный диод.

Символы туннельного диода показаны ниже.

Для получения более подробной информации о туннельных диодах, пожалуйста, обратитесь к руководству по базовой электронике .

Туннельный диодный генератор

Туннельный диод помогает генерировать очень высокочастотный сигнал почти 10 ГГц. Практическая схема туннельного диода может состоять из переключателя S, резистора R и источника V питания, подключенного к цепи бака через туннельный диод D.

За работой

Значение выбранного резистора должно быть таким, чтобы оно смещало туннельный диод в середине области отрицательного сопротивления. На рисунке ниже показана практическая схема генератора туннельных диодов.

В этой схеме резистор R ₁ устанавливает правильное смещение для диода, а резистор R ₂ устанавливает надлежащий уровень тока для цепи бака. Параллельная комбинация резистора R _p, катушки индуктивности L и конденсатора C образует контур емкости, который резонирует на выбранной частоте.

Когда переключатель S замкнут, ток цепи немедленно возрастает в направлении постоянного значения, значение которого определяется значением резистора R и сопротивлением диода. Однако, поскольку падение напряжения на туннельном диоде V _D превышает пиковое напряжение V _p , туннельный диод подается в область отрицательного сопротивления.

В этой области ток начинает уменьшаться до тех пор, пока напряжение V _{D не} станет равным напряжению V _v в точке. В этот момент дальнейшее увеличение напряжения V _D приводит диод в область положительного сопротивления. В результате этого ток цепи имеет тенденцию к увеличению. Это увеличение в цепи приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R, что приведет к снижению напряжения V _D.

VI характеристическая кривая

Следующий график показывает характеристики VI туннельного диода —

Кривая AB указывает область отрицательного сопротивления, когда сопротивление уменьшается, а напряжение увеличивается. Понятно, что Q-точка установлена ​​в середине кривой AB. Q-точка может перемещаться между точками A и B во время работы схемы. Точка A называется точкой пика, а точка B называется точкой долины .

Во время работы, после достижения точки B, увеличение тока в цепи приведет к увеличению падения напряжения на резисторе R, что приведет к снижению напряжения V _D. Это возвращает диод обратно в область отрицательного сопротивления.

Уменьшение напряжения V _D равно напряжению V _P, и это завершает один цикл работы. Продолжение этих циклов производит непрерывные колебания, которые дают синусоидальный выход.

преимущества

Преимущества туннельного диодного генератора следующие:

• Он имеет высокие скорости переключения.
• Он может обрабатывать высокие частоты.

Недостатки

Недостатки туннельного диодного генератора заключаются в следующем —

• Это устройства с низким энергопотреблением.
• Туннельные диоды немного дороги.

Приложения

Применения туннельного диодного генератора следующие:

• Используется в генераторах релаксации.
• Используется в СВЧ-генераторах.
• Он также используется в качестве сверхскоростного переключающего устройства.
• Он используется в качестве логического запоминающего устройства.

Покрыв все основные цепи синусоидальных генераторов, следует отметить, что существует много генераторов, подобных тем, которые упоминались до сих пор. Генераторы, которые производят синусоидальные колебания, являются синусоидальными генераторами, как обсуждалось.

Генераторы, которые генерируют несинусоидальные сигналы (прямоугольные, развертки, треугольники и т. Д.), Являются несинусоидальными генераторами, которые мы подробно обсудили в нашем руководстве по импульсным схемам .