Генераторы: ёмкостная трёхточка, индуктивная трёхточка, а также

LC-генераторы на транзисторах, работающих в барьерном режиме. Принципиальные схемы, онлайн калькуляторы расчёта элементов генераторов

Целью нашей сегодняшней тактической подготовки будет сопровождение целей под названием "Высокочастотные автогенераторы на LC-цепях".
Содержание учений включает организованное выдвижение сил с массированными ударами и групповыми манёврами. Общее направление манёвров – расчёт частотозадающих цепей, ёмкостных делителей, а также режимов работы схем транзисторных LC генераторов и гетеродинов.

Но для начала определимся с доктриной: "Генератор (гетеродин) – жизненно важный орган любого передатчика или радиоприёмника. От того, насколько спектрально чисто и стабильно он работает, зависят основные параметры приёмо-передающих трактов".

Обсуждаемые на этой странице типы транзисторных генераторов, использующие комбинацию индуктивности L и ёмкости C, называемые LC-генераторами, весьма полезны при необходимости поиметь в радиолюбительском хозяйстве перестраиваемый по частоте аналоговый генератор, т.е. генератор без применения цифровых и микропроцессорных излишеств.

Приведём схемы основных разновидностей LC-генераторов.

Рис.1	На Рис.1 приведена схема ёмкостной трёхточки, выполненная на биполярном транзисторе. В этой схеме усилительный элемент T1 включён в схему контура L1 C1 C2 С3 С4, резонансная частота которого и задаёт частоту генерации схемы. Глубина обратной связи задаётся соотношением ёмкостей С2, C3 и C4 и коэффициентом усиления транзистора на заданной частоте самовозбуждения. Ток покоя транзистора определяется номиналом резистора R1 и, как правило, выбирается в пределах 3-8мА. За счёт отсутствия постоянного тока через катушку L1 и автоматической температурной стабилизации тока, присущей схемам с общим коллектором, приведённая схема характеризуется приличной температурной и временной стабильностью.
Рис.2	В схеме Колпитца – ещё одной ёмкостной трёхточки, приведённой на Рис.2, транзистор Т1 включён по схеме с общей базой, что позволяет применять данную схему на очень высоких частотах. Частотно-задающий параллельный контур в данной схеме гетеродина составляют элементы L1, C1, C2 и С3. Глубина обратной связи (ПОС) определяется соотношением ёмкостей конденсаторов C2 и C3. Конденсатор большой ёмкости C обеспечивает заземление базы транзистора VT1 по переменному току. Так же, как и в предыдущем случае, номинал резистора R1 выбирается исходя из соображений получения тока покоя транзистора Т1 в пределах 3-8мА.
Рис.3	А теперь рассмотрим генератор, выполненный по схеме индуктивной трёхточки (Хартли) на n-канальных полевых MOSFET транзисторах с отрицательным напряжением Uзи отсечки, либо JFET-транзисторах со встроенным переходом (Рис.3). Колебания на затвор подаются с контура L1С1, определяющего частоту генератора. Достоинство полевого транзистора состоит в том, что его входное сопротивление на радиочастотах очень велико, и оно практически не шунтирует контур, не внося в него дополнительных потерь. Обратная связь создаётся подключением истока транзистора к части витков катушки L1 (обычно от 1/5 до 1/10 общего числа витков).
Рис.4	Схема, приведённая на рисунке Рис.4, является модификацией предыдущей схемы. Дополнительная цепь стабилизации С2 D1, детектирует поступающие на затвор колебания и создаёт отрицательное смещение при возрастании их амплитуды. Это смещение, в свою очередь, сдвигает рабочую точку транзистора на участок характеристики с меньшей крутизной, и усиление уменьшается. Значение номинала конденсатора С* следует подбирать при настройке, исходя из минимальной величины, при которой сохраняется устойчивая работа генератора во всём интересующем нас диапазоне.
Рис.5	Использование барьерного режима транзисторов (Рис.5) даёт возможность строить простые высокочастотные генераторы, позволяющие варьировать номиналы L и С в широких пределах при малом изменении ВЧ напряжения на LC-контуре. Во всех других широко используемых схемах подобные вольности ведут к довольно сильному изменению напряжения на LC-контуре и срыву колебаний. Частотный диапазон работы такого генератора снизу ограничен возможностями изготовления катушки с высоченной индуктивностью, сверху – частотными свойствами транзисторов. Номинал резистора R1 выбирается в пределах 5-50кОм в зависимости от частотного диапазона и напряжения питания. Пример использования подобного генератора в схеме радиомикрофона FM диапазона можно посмотреть по ссылке Ссылка на схему .

Граничная частота коэффициентов передачи транзисторов, применяемых во всех схемах, должна быть в 5 (а лучше в 10) раз выше генерируемой частоты.

Сигнал с максимальной амплитудой и минимальным количеством гармоник следует снимать с верхнего по схеме вывода катушки индуктивности (с нижнего для Рис.2) посредством каскада с высоким входным сопротивлением (предпочтительно на полевом транзисторе).

Перейдём к расчётам элементов генераторов и начнём с определения значений ёмкостей конденсаторов, определяющих глубину положительной обратной связи в схемах ёмкостных трёхточек.
Оказалось, что посчитать эти значения теоретически не так уж и просто. Похоже, информация эта схоронилась в секретных лабораториях ЦРУ и Пентагона, а потому поначалу было решено действовать по старинке – воспользоваться заведомо рабочей схемой и масштабировать значения ёмкостей пропорционально изменению диапазона частот генерации.
– Я знаю! – похлопал меня по плечу седовласый старик, протягивая мне жёлтую книжицу «Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. М, Мир, 1990.»
– Спасибо, дядя Эрик, – стыдливо промямлил я, вспоминая, сколько же раз перелистовал её в поисках нужной информации, а вот так, чтобы внимательно, от корки до корки, как-то не задалось.

Всё оказалось довольно просто:  f≈[0,1-200] МГц ; X_C3≈X_C4≈50 Ом ; X_C2≈100 Ом , (см. Рис.1), где X_C – реактивные сопротивления конденсаторов на частоте генерации. Вот теперь можно смело переходить к онлайн калькуляторам.

Онлайн расчёт элементов емкостных трёхточек

Если предполагается, что генератор должен выполнять функцию перестраиваемого по частоте гетеродина, то в качестве частоты генерации F следует выбирать среднюю частоту диапазона перестройки.
Не стоит рассчитывать, что данные типы генераторов обеспечат значительную величину этого диапазона. Как правило, фазовый баланс при выбранных значениях ёмкостного делителя обеспечивает устойчивую работу устройства в пределах октавного изменения (в 2 раза) рабочих частот.

Выбор схемы генератора	Рис.1 Рис.2
Частота генератора		МГц кГц
Ёмкость конденсатора С2
Ёмкость конденсатора С3
Ёмкость конденсатора С4
Ориентировочная индуктивность L1

Теперь осталось только рассчитать значения контурных конденсаторов С1. Причём, если для схем, приведённых на Рис.(3...5) всё просто – F= 1/2π√LС, то для ёмкостных трёхточек (Рис.1...2) в качестве частотозадающей ёмкости С выступает параллельно-последовательное соединение нескольких конденсаторов С1-С4 (Рис.1), либо С1-С3 (Рис.2).

Онлайн расчёт номинала контурного конденсатора С1

Если в схеме отсутствует тот или иной элемент – оставляйте соответствующие поля незаполненными.

Выбор схемы генератора	Рис.1 Рис.2 Рис.3 Рис.4 Рис.5
Частота генератора F		МГц  кГц
Индуктивность катушки L1		мкГн мГн
Ёмкость конденсатора С2		пФ    нФ
Ёмкость конденсатора С3		пФ    нФ
Ёмкость конденсатора С4		пФ    нФ
Ёмкость конденсатора С1

Приведённые расчёты являются приблизительными, так как не учитывают влияний паразитных ёмкостей: катушек, монтажа и переходов полупроводников.