理論: 正弦波振動の発生器。スキーム、説明

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理論: 正弦波振動の発生器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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正弦波発振発生器のタイプの XNUMX つは、RC 要素の周波数を設定するために使用されます。このような発生器は非常に複雑で、発振振幅を安定させるために特別な手段が必要であり、高周波安定性がありません。

周波数設定要素として並列発振回路を備えた発電機は、より確実かつ良好に動作します。これらは、多くの場合 LC 発電機と呼ばれます。並列発振回路にはコンデンサとインダクタが含まれていることを思い出してください。充電されたコンデンサがコイルに接続されている場合、その結果生じる回路で減衰振動が発生します (図 47)。それらの周波数はトムソンの公式 fo = 1/2π(LC)1/2 によって決定されます。

理論：正弦波発生器

回路内に、たとえばコイルワイヤの能動抵抗によるエネルギー損失がなければ、発振は無限に続きます。それに、いくつか。たとえエネルギーのほんの一部を発電機の負荷に与えなければならないとしても！

エネルギー損失が低いほど、回路の品質係数は高くなります。品質係数は、振幅が約 10 分の XNUMX に減少するまでの発振数に等しくなります。この事実はほとんど知られていません。ループコンデンサの損失は通常、コイルの損失に比べて小さいため、回路の品質係数は、コイルのリアクタンスとアクティブのリアクタンスの比として定義されるコイルの品質係数とほぼ等しくなります。

DV、SV、KB 範囲の高周波コイルの品質係数は、サイズと仕上がりの品質に応じて、通常 30 ～ 300 の範囲になります。 DV および SV レンジ用に特殊な撚り線 (LZSHO - リッツ線) または KB レンジ用の太い銀メッキ線を使用して巻かれた大型コイルは、通常、高い品質係数を持っています。

高品質係数を維持しながらコイルのサイズを大幅に縮小することで、磁気回路 (コア) を高周波フェライトまたはその他の磁気誘電体 (マグネタイト、オキシファー、カルボニル鉄) で作成することが可能になります。ただし、このようなコイルを発電機に使用する場合には、発電機の周波数の安定性を損なわないよう、磁気回路の特性の温度依存性に注意する必要があります。

回路の品質係数も、その共振曲線の幅を決定します。これは、回路が外部の正弦波振動源から励起されたときの、回路内の振動の振幅の周波数への依存性を特徴付けます。正しい結果を得るには、ソースと回路の接続が非常に弱くなければなりません。ソースの発振周波数が回路の共振周波数と一致すると、その発振振幅は最大になり、離調すると振幅は減少します。振幅が 0,7 (3 dB ずつ) に低下する点での共振曲線の幅は、品質係数に反比例します: 2Δf=f/Q (図 47)。

LC回路を備えた発電機を構築する主なアイデアは次のとおりです。図44に完全に従って、発振プロセス中の回路内のエネルギー損失は、同じ回路から励起された増幅素子によって補充されなければなりません。この場合、振幅のバランスと位相のバランスという２つの条件が満たされなければならない。

最初の条件では、増幅素子から回路に供給されるエネルギーが、回路自体および負荷との通信回路でのエネルギー損失と正確に等しいことが必要です。フィードバックが弱いと発振は消えて生成が停止しますが、フィードバックが強いと振幅が増加し、増幅素子は制限モードに入るか、振幅安定化回路によって生成される電圧によって閉じられます。どちらの場合も、ゲインが減少し、振幅バランスが回復します。

位相平衡状態とは、増幅素子からの発振が回路に自身の発振と同位相で供給されることです。したがって、フィードバックループ内の合計位相シフトはゼロでなければなりません。ただし、アンプによって生じる小さな位相シフトは回路によって補償できます。回路内の発振の位相シフト (励起発振に対する) は、共振周波数では 0 ですが、回路の位相特性に従って周波数が ±Δf だけ離調すると ±π/4 に達します。増幅素子に位相シフトが存在すると、共振周波数ではなく共振周波数の側のどこかで発振が励起されますが、これは当然ながら望ましくないことです。

歴史的には、最初の LC 発振器は 1913 年に Meissner (ドイツ無線電信協会) によって発明され、その後 Round (英国企業 Marconi) によって改良されました。誘導フィードバックを使用しました (図 48)。

理論：正弦波発生器

L2C2 回路からの発振は、VL1 ランプのグリッドに供給されます。回路内の振動に合わせて変化するアノード電流が結合コイルを流れ、増幅された振動のエネルギーが回路に戻ります。正しい位相を得るには、図に示すように両方のコイルのスイッチをオンにする必要があります (一方向に巻かれた巻線の始まりが点で示されています)。コイル間の距離を変えることでフィードバックを調整できます。

振動振幅を安定させるために、グリッドリック、つまりC3R1チェーンが使用されます（ちなみに、これは最初のマイスナー発電機にはまだありませんでした）。これは次のように動作します。グリッド上の振動の正の半周期中に、電子の一部がグリッドに引き寄せられ、スキームに従ってコンデンサ C3 の右側を負の電圧で充電します。これにより、動作点が特性の緩やかなセクション (チューブが少し閉じる) に移動し、ゲインが減少します。「グリッド漏れ」抵抗器 R1 により、蓄積された電荷が陰極に排出されます。そうしないと、ランプが完全に閉じてしまいます。

コンデンサC1は、高周波電流を共通線（「アース」）に閉じる役割を果たします。結局のところ、高周波電流が電源を通って流れる必要はまったくなく、発電機が接続されているデバイスの他の要素との干渉や干渉が発生します。使用されている。

その後、アメリカのウェスタン・エレクトリック社は、よりシンプルでより高度な発電機、つまり誘導式「1915 点」ハートレー (1918 年) と容量性「49 点式」コルピッツ (XNUMX 年) を開発しました。発明者の名前を意図的に引用したのは、発電機の回路が XNUMX 分の XNUMX 世紀以上にわたってほとんど変わっておらず、「マイスナー回路」または「コルピッツ回路」という名前が、何の説明もなく今でも技術文献に記載されているからです。それはそうです。ただし、素子のベースは大幅に変更されており、例として、絶縁ゲートを備えた最新の電界効果トランジスタ上の誘導三点（ハートレー）方式に従って作成された発電機を考えてみましょう（図 XNUMX）。

理論：正弦波発生器

動作原理によれば、このようなトランジスタは多くの点で三極ラジオ管（三極管）に似ていますが、その中の電流は真空中ではなく、導電チャネルが存在する半導体の厚さの中で流れます。ドレイン（回路による上部出力）とソース（下部出力）の間に技術的に作成されました。チャネルのコンダクタンスはゲート電圧によって制御されます。ゲート電圧はチャネルに非常に近い位置にありますが、チャネルからは絶縁されています。負の電圧がゲートに印加されると、その電界がいわばチャネルを「圧迫」し、ドレイン電流が減少します。正の電圧が印加されて増加すると、チャネルの導電率が増加し、ドレイン電流が増加します。いずれの場合も、ゲート電流は存在しないため、振幅安定化回路である C2R1 グリッドをダイオード VD1 で補う必要がありました。ダイオード VDXNUMX は、ゲートに入る発振を検出し、振幅が増加するときに負のバイアスを生成します。

発振は、ジェネレータの周波数を決定する L1C1 回路からゲートに供給されます。電界効果トランジスタの利点は、無線周波数での入力インピーダンスが非常に高く、回路に追加の損失を導入せずに回路を分路しないことです。フィードバックは、トランジスタのソースをコイル L1 の巻数の一部 (通常は総巻数の 1/3 ～ 1/10) に接続することによって作成されます。

発電機は次のように動作します。発振の正の半波により、回路の上部出力でトランジスタの電流が増加し、エネルギーの別の部分が回路に「投入」されます。

実際、この発生器のトランジスタはソースフォロワによってオンになり、ソースの発振の位相はゲートの発振の位相と一致し、位相のバランスが確保されます。フォロワの電圧伝達係数は XNUMX 未満ですが、ソースに対するコイルは昇圧単巻変圧器として組み込まれています。その結果、合計のフィードバックループゲインが XNUMX よりも大きくなり、振幅のバランスが保たれます。

別の例として、バイポーラトランジスタ上の容量性「50 点」方式に従って作成された発電機を考えてみましょう (図 1)。実際には、発電機はトランジスタ VT1 に組み込まれています。その DC モードは、ベース回路 R2R3 の分圧器とエミッタ抵抗 R1 の抵抗値によって設定されます (このような回路については、アンプのセクションですでに検討しました)。発電機の発振回路は、インダクタ L1 と直列に接続された 3 つのコンデンサ CXNUMX ～ CXNUMX のチェーンによって形成されます。トランジスタのエミッタだけでなくベースも、結果として生じる容量性分割器のタップに接続されます。これは、トランジスタによる回路の分路を減らしたいという要望によって決まります。結局のところ、バイポーラトランジスタの入力抵抗は比較的小さいのです。

理論：正弦波発生器

実際には、トランジスタの遷移を分路するコンデンサ C2 と C3 の静電容量は、より多くの値を選択しようとしており、静電容量 C1 は発振の発生に必要な最小値です。これにより、周波数の安定性が向上します。ジェネレーターの残りの部分も同じように動作します。前のもののように。

トランジスタ VT2 のカスケード (いわゆるバッファカスケード) は、発電機に対する後続のカスケードの影響を弱めるのに役立ちます。トランジスタはエミッタフォロワによってオンになり、生成トランジスタ VT1 のエミッタから直接バイアスを受け取ります。さらに、接続は抵抗 R4 によって弱められます。講じられたすべての対策により、説明した発電機の相対周波数不安定性を 0,001% という小さな値に抑えることができましたが、従来の LC 発電機ではそれが XNUMX 桁悪かったのです。

放送およびテレビ受信機では、より単純な 51 点容量性発電機が使用されます。そのうちの XNUMX つの典型的な回路を図に示します。 XNUMX.

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ここで、L1C3回路はトランジスタのコレクタ回路に含まれており、ベースはコンデンサC2を介して共通配線に高周波接続され、容量分割器C4C5を介してエミッタに帰還されます。ベース接地回路に従ってトランジスタをオンにすることにより、このタイプのトランジスタの限界周波数に近い、特に高い生成周波数を得ることが可能になります。ジェネレータ信号は結合コイル L2 から取得されます。

著者: V.Polyakov、モスクワ

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