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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Teoría: generadores de oscilaciones sinusoidales. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Radioaficionado principiante Un tipo de generadores de oscilación sinusoidal utiliza elementos RC para establecer la frecuencia. Estos generadores son bastante complejos, requieren medidas especiales para estabilizar la amplitud de oscilación y no se caracterizan por una estabilidad de alta frecuencia. Los generadores con un circuito oscilatorio paralelo como elemento de ajuste de frecuencia funcionan de manera más confiable y mejor; a menudo se les llama generadores LC. Recuerde que un circuito oscilatorio en paralelo contiene un condensador y un inductor. Si se conecta un condensador cargado a una bobina, aparecerán oscilaciones amortiguadas en el circuito resultante (Fig. 47). Su frecuencia está determinada por la fórmula de Thomson: fo = 1/2π(LC)1/2.
Las oscilaciones continuarían indefinidamente si no hubiera pérdidas de energía en el circuito, por ejemplo, a través de la resistencia activa del cable de la bobina. Además, algunos. ¡incluso si una pequeña parte de la energía debe entregarse a la carga del generador! Cuanto menor es la pérdida de energía, mayor es el factor de calidad del circuito, que es igual al número de oscilaciones hasta que su amplitud disminuye aproximadamente 10 veces. Pocas personas conocen este hecho. Las pérdidas en un condensador de bucle suelen ser pequeñas en comparación con las pérdidas en la bobina, por lo que el factor de calidad del bucle es casi igual al factor de calidad de la bobina, definido como la relación entre la reactancia de la bobina y la activa. El factor de calidad de las bobinas de radiofrecuencia de las gamas DV, SV y KB suele oscilar entre 30...300, dependiendo del tamaño y la calidad de la fabricación. Las bobinas grandes, enrolladas para las gamas DV y SV con un cable trenzado especial (LZShO - alambre Litz) o con alambre grueso plateado para la gama KB, suelen tener un factor de calidad más alto. Los núcleos magnéticos (núcleos) hechos de ferrita de alta frecuencia u otros magnetodieléctricos (magnetita, oxifer, carbonilo) permiten reducir significativamente el tamaño de las bobinas manteniendo un alto factor de calidad. Sin embargo, cuando se utilizan tales bobinas en generadores, es necesario prestar atención a la dependencia de la temperatura de las propiedades del circuito magnético, para no deteriorar la estabilidad de frecuencia del generador. El factor de calidad del circuito también determina el ancho de su curva de resonancia. Caracteriza la dependencia de la amplitud de las oscilaciones en el circuito de la frecuencia cuando es excitado por una fuente externa de oscilaciones sinusoidales. Para obtener resultados correctos, la conexión entre la fuente y el circuito debe ser muy débil, cuando la frecuencia de oscilación de la fuente coincide con la frecuencia de resonancia del circuito, la amplitud de las oscilaciones en el mismo es máxima y al desafinar disminuye. El ancho de la curva de resonancia en los puntos donde la amplitud cae a 0,7 (en 3 dB) es inversamente proporcional al factor de calidad: 2Δf=f/Q (Fig. 47). La idea principal de construir generadores con un circuito LC es la siguiente: la pérdida de energía en el circuito durante las oscilaciones debe reponerse mediante un elemento amplificador excitado desde el mismo circuito, en total conformidad con la Fig. 44. En este caso, se deben cumplir dos condiciones: equilibrio de amplitud y equilibrio de fase. La primera condición requiere que la energía suministrada al circuito desde el elemento amplificador sea exactamente igual a las pérdidas de energía en el propio circuito y en los circuitos de comunicación con la carga. Con una retroalimentación más débil, las oscilaciones se extinguen y la generación se detiene; con una retroalimentación más fuerte, la amplitud aumenta y el elemento amplificador entra en el modo límite o se cierra por el voltaje generado por el circuito de estabilización de amplitud. En ambos casos, la ganancia se reduce, restableciendo el equilibrio de amplitud. La condición para el equilibrio de fase es que las oscilaciones del elemento amplificador se suministren al circuito en fase con el suyo. Por lo tanto, el desplazamiento de fase total a lo largo del circuito de retroalimentación debe ser cero. Sin embargo, el circuito puede compensar un pequeño cambio de fase introducido por el amplificador. El desplazamiento de fase de las oscilaciones en el circuito (en relación con las excitantes) es 0 en la frecuencia de resonancia y alcanza ±π/4 cuando la frecuencia se desafina en ±Δf de acuerdo con la característica de fase del circuito. Si hay un cambio de fase en el elemento amplificador, las oscilaciones no se excitarán en la frecuencia de resonancia, sino en algún lugar a su lado, lo que, por supuesto, no es deseable. Históricamente, el primer oscilador LC fue inventado por Meissner en 1913 (Sociedad Alemana de Telegrafía Inalámbrica) y luego mejorado por Round (firma inglesa Marconi). Utilizó retroalimentación inductiva (Fig. 48).
Las oscilaciones del circuito L2C2 se suministran a la rejilla de la lámpara VL1. Su corriente anódica, que cambia en el tiempo con las oscilaciones en el circuito, fluye a través de la bobina de acoplamiento y la energía de las oscilaciones amplificadas regresa al circuito. Para una correcta fase, ambas bobinas deben estar encendidas como se muestra en la figura (los comienzos de los devanados enrollados en una dirección se indican con puntos). Puede ajustar la retroalimentación cambiando la distancia entre las bobinas. Para estabilizar la amplitud de las oscilaciones, se utiliza un grillete: un circuito C3R1 (por cierto, aún no estaba presente en el primer generador Meissner). Funciona así: durante los semiciclos positivos de oscilaciones en la red, algunos de los electrones son atraídos hacia ella y cargan la placa del condensador C3, que está justo en el diagrama, con un voltaje negativo. Desplaza el punto de funcionamiento a una sección de la característica con menor pendiente (la lámpara se cierra un poco) y la ganancia disminuye. La resistencia R1 de "fuga de red" permite que la carga acumulada fluya hacia el cátodo; de lo contrario, la lámpara se cerraría por completo. El condensador C1 sirve para cortocircuitar corrientes de alta frecuencia a un cable común (tierra); después de todo, no es necesario que fluyan a través de la fuente de energía, creando interferencias e interferencias con otros elementos del dispositivo en el que se utiliza el generador. . Posteriormente, la empresa estadounidense "Western Electric" desarrolló generadores más simples y avanzados: el inductivo Hartley de "tres puntos" (1915) y el capacitivo Colpitts de "tres puntos" (1918). Hemos dado deliberadamente los nombres de los inventores, ya que los circuitos de sus generadores se han mantenido prácticamente sin cambios durante más de tres cuartos de siglo, y los nombres "circuito de Meissner" o "circuito de Colpitts" todavía se encuentran en la literatura técnica sin explicar qué ellos son. La base del elemento, sin embargo, ha cambiado significativamente y, como ejemplo, consideremos un generador fabricado según un circuito inductivo de tres puntos (Hartley) en un moderno transistor de efecto de campo con una puerta aislada (Fig. 49).
Según el principio de funcionamiento, un transistor de este tipo es en muchos aspectos similar a un tubo de radio de tres electrodos: un triodo, pero la corriente que contiene no fluye en el vacío, sino en el espesor del semiconductor, donde se encuentra un canal conductor. creado tecnológicamente entre el drenaje (terminal superior en el circuito) y la fuente (terminal inferior). La conductividad del canal está controlada por el voltaje en la puerta, un electrodo ubicado muy cerca del canal, pero aislado de él. Cuando se aplica un voltaje negativo a la puerta, su campo parece "apretar" el canal y la corriente de drenaje disminuye. Si se aplica un voltaje positivo y aumenta, la conductividad del canal aumenta y la corriente de drenaje aumenta. En cualquier caso, no hay corriente de puerta, lo que hizo necesario complementar la rejilla C2R1 (el circuito de estabilización de amplitud) con diodos VD1, que detectan las oscilaciones que llegan a la puerta y crean una polarización negativa a medida que aumenta su amplitud. Las oscilaciones a la puerta se suministran desde el circuito L1C1, que determina la frecuencia del generador. La ventaja de un transistor de efecto de campo es que su resistencia de entrada en radiofrecuencias es muy alta y prácticamente no pasa por alto el circuito sin introducir pérdidas adicionales en él. La retroalimentación se crea conectando la fuente del transistor a una parte de las vueltas de la bobina L1 (generalmente de 1/3 a 1/10 del número total de vueltas). El generador funciona así: con una media onda positiva de oscilaciones, la corriente del transistor aumenta en el terminal superior del circuito, lo que "arroja" otra porción de energía al circuito. De hecho, el transistor de este generador está conectado como seguidor de fuente y la fase de oscilación en la fuente coincide con la fase de oscilación en la puerta, lo que garantiza el equilibrio de fases. El coeficiente de transferencia de voltaje del repetidor es menor que la unidad, pero la bobina en relación con la fuente está conectada como un autotransformador elevador. Como resultado, el coeficiente de transmisión total en el circuito de retroalimentación se vuelve mayor que la unidad, asegurando el equilibrio de amplitud. Como otro ejemplo, considere un generador fabricado según un circuito capacitivo de "tres puntos" en un transistor bipolar (Fig. 50). El generador en sí está ensamblado sobre el transistor VT1. Su modo CC lo establece el divisor en el circuito base R1R2 y la resistencia de la resistencia del emisor R3 (ya hemos considerado dichos circuitos en la sección de amplificadores). El circuito oscilatorio del generador está formado por el inductor L1 y una cadena de tres condensadores C1-C3 conectados en serie. No solo el emisor, sino también la base del transistor están conectados a las derivaciones del divisor capacitivo resultante. Esto está dictado por el deseo de reducir la derivación del circuito por parte del transistor; después de todo, la resistencia de entrada de un transistor bipolar es relativamente pequeña.
En la práctica, intentan elegir capacidades mayores de los condensadores C2 y C3, que desvían las uniones del transistor, y la capacitancia C1, la mínima necesaria para que se produzcan oscilaciones. Esto mejora la estabilidad de la frecuencia. El resto del funcionamiento del generador es el mismo. como el anterior. La cascada del transistor VT2, la llamada cascada buffer, sirve para debilitar la influencia de las cascadas posteriores en el generador. El transistor está conectado como seguidor de emisor y recibe polarización directamente del emisor del transistor generador VT1. Además, la conexión se debilita por la resistencia R4. Todas las medidas tomadas permiten llevar la inestabilidad de frecuencia relativa del generador descrito a un valor tan pequeño como 0,001%, mientras que para los generadores LC convencionales es un orden de magnitud peor. Los receptores de radiodifusión y televisión utilizan generadores más simples basados en un circuito capacitivo de tres puntos, un circuito típico de uno de los cuales se muestra en la Fig. 51.
Aquí, el circuito L1C3 está incluido en el circuito colector del transistor, la base de alta frecuencia está conectada al cable común a través del condensador C2 y la retroalimentación se suministra al emisor a través del divisor capacitivo C4C5. La conexión de un transistor según un circuito básico común permite obtener frecuencias de generación especialmente altas, cercanas al límite para este tipo de transistor. La señal del generador se elimina de la bobina de comunicación L2. Autor: V.Polyakov, Moscú
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