Михаил Адаменко - Шпионские штучки, или Секреты тайной радиосвязи
В рассмотренных выше схемотехнических решениях трехточечных LC-генераторов транзистор активного элемента по переменному току включен по схеме с общей базой. Однако при разработке миниатюрных транзисторных радиопередатчиков и радиомикрофонов широко используются схемы, в которых транзистор активного элемента по переменному току включен по схеме с общим коллектором.
В активном элементе высокочастотного генератора, выполненном на транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором, нагрузка подключена в цепь эмиттера транзистора, а выходное напряжение снимается с эмиттера по отношению к шине корпуса. Входное сопротивление такого каскада, часто называемого эмиттерным повторителем, в десятки раз выше, чем у каскада с общим эмиттером, а выходное сопротивление, наоборот, сравнительно мало. Помимо этого коэффициент усиления по току у эмиттерного повторителя почти такой же, как и у каскада по схеме с общим эмиттером. Однако коэффициент усиления по напряжению близок к единице, причем всегда меньше ее. Необходимо отметить, что в схеме с общим коллектором отсутствует фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами.
Расчеты показывают, что практическая реализация LC-генератора по схеме емкостной трехточки при включении транзистора по переменному току по схеме с общим коллектором представляет определенные трудности вследствие сравнительно малой индуктивности катушки резонансного контура (до единиц нГн). Поэтому при разработке ВЧ-генераторов малогабаритных транзисторных радиопередающих устройств часто используется схемотехническое решение, основанное на замене катушки с малой индуктивностью последовательно включенными конденсатором и катушкой индуктивности. При этом на рабочей частоте комплексное сопротивление этого последовательного колебательного контура должно быть таким же, как и у катушки в классической схеме трехточки. Впервые использовать последовательный колебательный контур в LC-генераторе по схеме емкостной трехточки предложил в 1948 году американский изобретатель Джеймс Клапп (James Clapp), поэтому часто такую схему называют схемой Клаппа. Отличительной особенностью LC-генераторов, выполненных по схеме Клаппа, является сравнительно высокая стабильность частоты.
Принципиальная схема одного из вариантов LC-генератора, выполненного по схеме Клаппа на биполярном транзисторе, включенном по переменному току по схеме с общим коллектором, приведена на рис. 3.9.
Рис. 3.9. Принципиальная схема LC-генератора по схеме Клаппа
По постоянному току транзистор VТ1 в данной схеме включен по схеме с общим эмиттером. При этом положение рабочей точки транзистора определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R1 и R2. Эти же резисторы совместно с резистором R3 образуют мостовую схему стабилизации положения рабочей точки. По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общим коллектором, поскольку по высокой частоте его коллектор заземлен через шунтирующий конденсатор С5.
Последовательный колебательный контур в данной схеме образован катушкой L1 и конденсатором С2. Параллельно этому контуру включены конденсаторы С3 и С4, образующие емкостной делитель. Коэффициент передачи цепи обратной связи или глубина обратной связи зависит как от величин емкостей указанных конденсаторов, так и от соотношения этих значений. Таким образом, селективный элемент включен между эмиттером (выход активного элемента) и базой (вход активного элемента) транзистора VТ1. Формируемый генератором сигнал синусоидальной формы снимается с эмиттера транзистора.
На частоте резонанса через последовательный контур протекает наибольший ток (ток резонанса). Если емкость конденсаторов С3 и С4 будет велика, то их реактивное сопротивление будет сравнительно мало. В результате падение напряжения на них, инициированное протекающим через эти конденсаторы током резонанса, также будет мало. В этом случае связь активного элемента с резонансным контуром минимальна, поскольку по высокой частоте цепочка конденсаторов С3 и С4 представляет собой практически короткозамкнутую цепь.
При уменьшении величин емкостей конденсаторов С3 и С4 падение напряжения на них возрастает, соответственно увеличивается связь между активным элементом и резонансным контуром. При определенном значении реактивного сопротивления конденсаторов связь между эмиттером транзистора VТ1 и его базой станет достаточной для того, чтобы каскад начал работать в режиме генерации высокочастотных колебаний.
Как уже отмечалось, в рассматриваемом генераторе транзистор VТ1 по переменному току включен по схеме с общим коллектором, для которой характерны большое входное и малое выходное сопротивления. Из схемы видно, что величина входного сопротивления каскада между резонансным контуром и цепью базы транзистора VТ1 определяется величиной емкости конденсатора С3. Величина выходного сопротивления между цепью эмиттера транзистора VТ1 и резонансным контуром, в свою очередь, определяется величиной емкости конденсатора С4.
Параметры данного генератора зависят не только от величин емкостей конденсаторов С3 и С4, но и от соотношения этих величин. Срыв генерации весьма вероятен при слишком большой емкости конденсатора С3, однако при ее уменьшении режим генерации восстанавливается. Поэтому в данной схеме для достижения стабильности работы в режиме генерации значениям емкостей конденсаторов С3 и С4 следует уделить особое внимание. На практике в радиолюбительских условиях величины емкостей конденсаторов С1 и С2, а также их соотношение рекомендуется подбирать экспериментально. Не следует забывать о том, что при замене резистора R3 дросселем (с целью снижения величины питающего напряжения) емкость конденсатора С4 следует увеличить так, чтобы уменьшить связь между цепью эмиттера транзистора VТ1 и резонансным контуром.
Естественно, стабильная работа генератора обеспечивается соответствующим режимом работы, определяемым правильным выбором положения рабочей точки транзистора активного элемента. Обычно для ее стабилизации используется мостовая схема, которую в данном случае образуют резисторы R1, R2 и R3.
В некоторых случаях между резонансным контуром и базой транзистора VТ1 включается конденсатор С1 сравнительно большой емкости. Малое реактивное сопротивление этого конденсатора не влияет на частоту генерации. В то же время применение этого конденсатора обеспечивает отделение базы транзистора VТ1 от резонансного контура по постоянному току. В результате возможное короткое замыкание между обкладками конденсатора С2 не влияет на положение рабочей точки транзистора.
В рассматриваемой схеме значение резонансной частоты генератора определяется не только параметрами элементов, входящих в состав резонансного контура, но и параметрами реактивного сопротивления подключаемой к резонансному контуру нагрузки. В данном случае речь идет о транзисторе VТ1 и цепях его обвязки. Поэтому желательно добиваться минимального влияния цепей обратной связи на контур, а также выбирать транзистор с соответствующими параметрами.
Естественно, чем меньше глубина обратной связи, тем меньше влияние нагрузки на резонансный контур. Поэтому в процессе налаживания параметры элементов цепи обратной связи, определяющие коэффициент передачи цепи ПОС, следует выбирать так, чтобы при возможно минимальной глубине обратной связи генерация была устойчивой, в том числе и при неблагоприятных условиях работы транзистора. На практике величины емкостей конденсаторов С3 и С4 выбирают как можно большими, а емкость конденсатора С2 – как можно меньшей, то есть минимально необходимой для возникновения колебаний.
При перестройке резонансного контура с целью изменения рабочей частоты генератора изменяется и коэффициент передачи цепи обратной связи, зависящий от параметров конденсаторов С3 и С4. Например, с возрастанием резонансной частоты глубина обратной связи уменьшается, поскольку емкостное сопротивление этих конденсаторов уменьшается. В результате уменьшается и напряжение, необходимое для поддержки соответствующего уровня глубины ОС. Поэтому главным признаком качества созданной конструкции генератора является равномерное выходное напряжение во всем диапазоне перестраиваемых частот.
При выборе коэффициента передачи цепи ПОС особое внимание также следует обратить на форму генерируемого сигнала. Слишком глубокая обратная связь приведет к искажениям синусоидальной формы выходного сигнала, что, в свою очередь, является причиной появления нежелательных гармоник. Помимо этого на форму сигнала оказывает влияние и неудачный выбор рабочей точки транзистора VТ1. Не следует забывать о том, что транзистор следует выбирать с максимальным коэффициентом усиления и граничной частотой.
