Михаил Адаменко - Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи
В непосредственной индуктивной связи с катушкой L1 контура находится катушка L2, которая подключена, соответственно, в цепь базы транзистора VT1. Положение рабочей точки транзистора определяется величиной сопротивления резистора R1, через который положительное напряжение от источника питания подается на базу транзистора.
Как уже отмечалось, одним из условий возникновения и устойчивой генерации колебаний является баланс амплитуд. В рассматриваемом схемотехническом решении принцип работы активного элемента в режиме автоматической поддержки баланса амплитуд заключается в следующем. При недостаточном уровне глубины обратной связи через транзистор VT1 протекает ток покоя, то есть транзистор работает в режиме, характерном для обычных усилителей напряжения. При увеличении глубины обратной связи каскад возбуждается, переходя в режим генерации колебаний. Как только каскад начнет работать в режиме генерирования колебаний, в катушке L2 инициируется переменное напряжение, которое выпрямляется переходом база-эмиттер транзистора VT1, как диодом. С учетом поляризации этого перехода на базе транзистора и на конденсаторе С2 формируется отрицательное постоянное напряжение. Оно имеет противоположную полярность по отношению к напряжению, подаваемому на базу транзистора VТ1 через резистор R1. В результате положение рабочей точки изменяется, что приводит в определенной степени к запиранию транзистора. Таким образом, автоматически обеспечивается режим работы, при котором коллекторный ток транзистора не превышает допустимую величину. Необходимый уровень глубины обратной связи определяется количеством витков катушки L2 и, естественно, расстоянием между катушками L1 и L2.
Для того, чтобы в рассматриваемом каскаде колебания возникли и устойчиво генерировались, между базой и коллектором транзистора Т1 должен быть соответствующий сдвиг фазы, достигающий 180°. Для выполнения этого условия катушка L2 должна быть включена соответствующим образом, то есть так, как определяют на схеме точки, указывающие начало витков. Если данное условие не будет соблюдено, то напряжение обратной связи на базе транзистора не будет иметь необходимый фазовый сдвиг (0° или 360°).
Еще один вариант схемотехнического решения LC-генератора с индуктивной обратной связью предложил американский изобретатель Ральф Хартли (Ralph Hartley) в 1915 году. В его схеме для обеспечения положительной обратной связи использовалась одна катушка, с отвода которой снималось напряжение цепи ПОС (так называемое автотрансформаторное включение). Поэтому в специализированной литературе для обозначения такого схемотехнического решения часто используются названия «схема Хартли» или «схема с автотрансформаторной индуктивной связью».
Следует признать, что схемотехнические решения высокочастотных генераторов с индуктивной связью (генератор Хартли или генератор Мейсснера), несмотря на свои достоинства (например, сравнительно большая выходная мощность) довольно редко используются при разработке миниатюрных транзисторных радиопередающих устройств.
LC-генераторы с емкостной связью
В названии LC-генераторов с емкостной связью отражена их отличительная особенность, которая заключается в использовании цепи положительной ОС, обеспечивающей емкостную связь между входом и выходом активного элемента. Схемотехнические решения таких генераторов высокочастотных колебаний довольно часто применяются в миниатюрных транзисторных радиопередатчиках и радиомикрофонах. Принципиальная схема одного из вариантов LC-генератора с емкостной связью, основу которого составляет биполярный транзистор n-p-n проводимости, приведена на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Принципиальная схема LC-генератора с емкостной обратной связью (вариант 1)
В рассматриваемой схеме транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером. Положение рабочей точки транзистора определяется величинами и соотношением сопротивлений резисторов R1 и R2. В состав мостовой схемы стабилизации положения рабочей точки помимо резисторов R1 и R2 входит резистор R3, включенный в цепи эмиттера транзистора VT1.
По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общей базой. При этом база транзистора заземлена по высокой частоте через конденсаторы С1 и С2. Входным электродом активного элемента по высокой частоте в данном случае является эмиттер транзистора VT1. Резонансный контур, образованный конденсаторами С3, С4 и катушкой L1, включен на выходе активного элемента, а именно в цепи коллектора транзистора.
Для схемы с общей базой характерно отсутствие фазового сдвига между входным и выходным напряжениями. Дело в том, что, например, при отрицательной полуволне входного напряжения токи эмиттера и коллектора транзистора VT1 соответственно возрастают. В результате увеличивается падение напряжения на нагрузке, то есть на коллекторе транзистора присутствует отрицательная полуволна выходного напряжения.
Цепь положительной обратной связи образована конденсатором С5, который включен между коллектором и эмиттером транзистора VТ1. При прохождении через эту цепь ПОС фаза сигнала не изменяется. При достаточной глубине обратной связи (при соблюдении условия баланса амплитуд) каскад переходит в режим генерации высокочастотных колебаний в FM-диапазоне с частотой около 100 МГц.
Особенностью данной схемы является то, что колебания возникают и устойчиво генерируются и при сравнительно низком значении напряжения питания, например, при напряжении 3 В. Помимо этого, при использовании соответствующего транзистора, имеющего высокую граничную частоту, частота колебаний генератора может достигать значений, бо́льших, чем 100 МГц.
Принципиальная схема еще одного варианта LC-генератора с емкостной связью приведена на рис. 3.4.
Рис. 3.4. Принципиальная схема LC-генератора с емкостной обратной связью (вариант 2)
В этой схеме транзистор VТ1 по постоянному току включен по схеме с общим эмиттером, а по переменному току – по схеме с общей базой, которая заземлена по высокой частоте через конденсатор С1. Входным электродом активного элемента по переменному току, как и в рассмотренной ранее конструкции, является эмиттер транзистора VT1. Резонансный контур, образованный конденсатором С2 и катушкой L1, включен в цепь коллектора транзистора. Цепь положительной обратной связи образована конденсатором С3, который включен между коллектором и эмиттером транзистора VТ1.
Однако для данной конструкции характерны некоторые схемотехнические особенности. Положение рабочей точки транзистора VТ1 определяется величиной сопротивления резистора R1. Выходной сигнал генератора снимается с точки подключения конденсатора С3 цепи ОС к эмиттеру транзистора.
Трехточечные LC-генераторы
В конструкциях малогабаритных транзисторных радиопередающих устройств широкое распространение получили ВЧ-генераторы с трехточечным включением резонансного контура, то есть выполненных по схеме так называемой трехточки. Этот термин основан на применяемых при разработке таких устройств соответствующих схемотехнических решениях, для которых характерно подключение резонансного контура к активному элементу в трех точках.
Необходимо отметить, что в специализированной литературе и в сети Интернет можно найти большое количество конструкций транзисторных трехточечных LC-генераторов, которые представляют собой модификации основополагающих схемотехнических решений и лишь на первый взгляд имеют принципиально значимые отличия от классических схем. В связи с ограниченным объемом предлагаемой книги в данном разделе будут рассмотрены особенности построения и функционирования транзисторных трехточечных LC-генераторов, основу которых составляют лишь наиболее часто применяемые при создании миниатюрных радиопередатчиков схемотехнические решения.
В зависимости от схемы включения по высокой частоте активного элемента транзисторного ВЧ-генератора возможны три основных варианта включения как индуктивной, так и емкостной трехточек: по схеме с общей базой, по схеме с общим эмиттером и по схеме с общим коллектором. Упрощенные принципиальные схемы транзисторных трехточечных LC-генераторов приведены на рис. 3.5. Особенностью данных схемотехнических решений является включение активного элемента (биполярный транзистор) по переменному току по схеме с общей базой.
Рис. 3.5. Упрощенные принципиальные схемы LC-генераторов с индуктивной (а) и емкостной (б) трехточками
В высокочастотном LC-генераторе, выполненном по индуктивной трехточечной схеме (рис. 3.5а), резонансный контур (селективный элемент) образован включенными последовательно катушками L1, L2 и подключенным параллельно им конденсатором С1. Этот контур включен в цепь выходного электрода активного элемента, то есть в цепь коллектора транзистора VT1. В процессе генерации сигнал обратной связи снимается с точки соединения катушек L1, L2 и подается в цепь эмиттера, который является входным электродом активного элемента. Таким образом, селективный элемент оказывается подключенным к транзистору в трех точках. На практике в индуктивных трехточечных генераторах вместо двух катушек применяется одна катушка с отводом, поэтому часто такую схему называют трехточкой по схеме Хартли.
