LC генератор- описание, расчеты

Электронные устройства

Всем привет 🙂

Сегодня мы поговорим об очередном электронном устройстве, которое называется LC-генератор

Думаю что нетрудно догадаться из самого названия что в нём используется LC- контур. Принципиальная схема LC-генератора показана на рисунке:

Элементы R1, R2, R3, C3 обеспечивают необходимый режим транзистора по постоянному току и его термостабилизацию. Элементы L2, C2 образуют параллельный колебательный контур.

В момент включения питания в коллекторной цепи транзистора VT появляется коллекторный ток, заряжающий емкость С2 контура L2С2. В следующий момент времени заряженный кондер разряжается на катушку индуктивности. В контуре возникают свободные затухающие колебания частотой f₀ = 1 / 2π√L2C2.

Переменный ток контура, проходя через катушку L2 создает вокруг неё переменное магнитное поле, а это поле в свою очередь наводит в катушке L1 переменное напряжение, которое вызывает пульсации тока коллектора транзистора VT. Переменная составляющая коллекторного тока восполняет потери энергии в контуре, создавая на нём усиленное переменное напряжение.

Трёхточечные схемы автогенераторов

Индуктивная трехточечная схема

Трехточечными такие генераторы называют потому что контур в них имеет три вывода:

Элементы R1, R2, R3 C3, как и в предыдущей схеме, обеспечивают режим работы по постоянному току транзистора VT, в коллекторную цепь которого включен колебательный контур L’L»C2.
Выходной сигнал снимается с коллектора транзистора VT (или с L»), сигнал ПОС — с катушки L’. Поскольку напряжения этих сигналов противофазны, то автоматически выполняется условие баланса фаз. Сигнал ПОС подается на базу транзистора через разделительный конденсатор С1, сопротивление которого на частоте генерации мало. Этот конденсатор предотвращает попадание постоянной составляющей в базовую цепь (через катушку). Общая точка L’ и L» подключена к источнику питания, сопротивление которого переменному току незначительно. Условие баланса амплитуд выполняют подбором числа витков L’L».

Частота генерации определяется по формуле:

Емкостная трехточечная схема

В этой схеме, аналогично предыдущей, режим по постоянному току определяют элементы R1, R2, R3, R4, C2.
В коллекторную цепь транзистора включен контур L1C3C4. Сигнал ПОС снимается с кондера С4 и через конденсатор С1 поступает в базовую цепь. С1 не пропускает высокое коллекторное напряжение на базу транзистора.
Общую точку конденсаторов С3, С4 можно считать подключенной к источнику питания, поскольку его сопротивление переменному току незначительно.

Частота генерации определяется по формуле:

Стабилизация частоты LC-генераторов

Очень важным требованием, предъявляемым к генераторам, является стабильность частоты генерируемых колебаний. Нестабильность частоты зависит от многих факторов, а именно:

Изменение окружающей температуры
Изменение напряжения источника питания
Механическая вибрация и деформация деталей
Шумы активных элементов

Нестабильность частоты оценивается коэффициентом относительной нестабильности:

Существует два способа стабилизации частоты:

Параметрический способ стабилизации
Кварцевый способ стабилизации

При первом способе используется изготовление деталей из материалов, мало изменяющих свои свойства при изменении температуры и других факторов. Используется экранирование и герметизация контуров, высокая стабильность источника питания, рациональность монтажа и прочее. Однако этим методом нельзя обеспечить высокую стабильность частоты. Относительный коэффициент нестабильности частоты колеблется в пределах 10^-4 — 10^-5.

Значительно большей стабильности можно достичь, если применить способ кварцевой стабилизации, основанный на применении кварцевого резонатора. Кварцевые пластины резонатора обладают пьезоэлектрическим эффектом, который, если кто забыл, бывает двух видов:

Прямой пьезоэффект — при растяжении или сжатии кварцевой пластины на её противоположных гранях возникают равные по величине, но противоположные по знаку электрические заряды, величина которых пропорциональна давлению, а знаки зависят от направления силы давления
Обратный пьезоэффект — если к граням кварцевой пластины приложить электрическое напряжение, то пластина будет сжиматься или разжиматься в зависимости от полярности приложенного напряжения.

Эквивалентная схема кварцевого резонатора

зависимость реактивного сопротивления от частоты

Особо не вдаваясь в подробности теории цепей, из рисунков видно, что кварц может быть эквивалентом, как последовательного колебательного контура, так и параллельного.

На частоте f₀₁ происходит резонанс напряжений. Эта частота определяется по формуле:

На частоте f₀₂ происходит резонанс токов, и эта частота определяется по формуле:

Таким образом, кварцевый резонатор можно включать как вместо конденсатора, так и вместо катушки в контуре.
При использовании кварцевого способа стабилизации коэффициент относительной нестабильности достигает 10_-7 — 10_-10.

Ну вот, на этом, как-бы и все… 🙂

Немного заумно получилось, не спорю, однако многие из этих формул могут очень и очень пригодиться при различных расчетах.