Generatory - cz.2.

Generatory - generatory LC

W drugiej części artykułu o generatorach zajmiemy się generatorami LC. Generatory
sinusoidalne LC są zbudowane ze wzmacniacza odwracającego fazę objętego pętlą
sprzężenia zwrotnego zawierającego obwód rezonansowy LC, którego zadaniem jest
przesunięcie fazy o dalsze 180° (czyli w sumie o 360°, a więc sprzężenie jest dodatnie) tylko
dla wybranej częstotliwości, określonej parametrami tego obwodu. Spełnienie warunku fazy i
amplitudy można osiągnąć przez odpowiedni podział reaktancji obwodu LC lub za pomocą
sprzężenia transformatorowego. Ze względu na rozwiązanie umożliwiające spełnienie
warunku fazy i amplitudy rozróżnia się następujące podstawowe układy generatorów LC:

Na rysunku powyżej przedstawione są schematy blokowe podstawowych układów
generatorów LC. Na rysunku a jest schemat generatora z dzieloną indukcyjnością - układ
Hartleya. Na rysunku b jest schemat generatora z dzieloną pojemnością - układ Colpittsa. Na
rysunku c jest schemat generatora ze sprzężeniem transformatorowym - układ Meissnera -
strojony w obwodzie wyjściowym, a na rysunku d - strojony w obwodzie wejściowym.

Generatory LC są stosowane do generowania przebiegów o częstości większej od
kilkudziesięciu kiloherców. Przy mniejszych częstotliwości wymagana bowiem zbyt duża
wartość indukcyjności L obwodu rezonansowego. Trudno wówczas uzyskać dużą dobroć
obwodu, a wymiary cewek są zbyt duże.

Na poniższym rysunku jest pokazany generator Hartleya w konfiguracji WE.

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Generator ten jest zbudowany z jednostopniowego wzmacniacza pracującego w konfiguracji
WE z pętlą sprzężenia zwrotnego zawierającą obwód rezonansowy L, C

1

, w którym

indukcyjność L jest podzielona na dwie części L

1

i L

2

(stąd jego nazwa - generator z dzieloną

indukcyjnością), ze środkowym odczepem (wspólnym dla L

1

i L

2

) dołączonym do masy.

Obwód taki przy częstotliwości rezonansowej:

przesuwa w węźle A fazę napięcia wyjściowego wzmacniacza o 180°, zapewniając tym
samym spełnienie warunku fazy, gdyż przesunięcie fazy w samym wzmacniaczu wynosi
również 180°. Wartość sygnału sprzężenia zwrotnego pobieranego z indukcyjności L

1

zależy

od współczynnika podziału indukcyjności L (stosunku L

1

/L

2

) i musi być dobrana tak, aby przy

danym wzmocnieniu wzmacniacza był spełniony warunek amplitudy. Kondensator C

2

o dużej

pojemności blokuje przepływ składowej stałej prądu kolektora przez obwód rezonansowy
(stąd określenie układ z zasilaniem równoległym), natomiast sygnał sprzężenia zwrotnego
do bazy tranzystora jest dostarczany przez C

3

. Rezystory R

1

, R

2

i R

E

stanowią obwód

polaryzacji ustalający punkt pracy tranzystora, przy czym kondensator C

E

zwiera rezystor R

E

dla przebiegów zmiennych. Dławik w.cz. przepuszcza składową stałą prądu, lecz blokuje
przedostawanie się sygnału zmiennego z wyjścia generatora do obwodu zasilania (zwieranie
sygnału przez obwód zasilania).

Na rysunku poniżej jest przedstawiony przykład innego generatora, w którym obwód
rezonansowy LC

1

jest włączony bezpośrednio w obwód kolektora tranzystora T

1

pracującego

w konfiguracji WB.

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Układ taki jest nazywany układem z zasilaniem szeregowym, gdyż przez obwód
rezonansowy przepływa również składowa stała prądu kolektora. W tym układzie sygnał
sprzężenia zwrotnego, pobierany z części L

1

indukcyjności L i podawany przez kondensator

C

2

na emiter tranzystora, nie jest przesunięty w fazie względem napięcia wyjściowego.

Ponieważ wzmacniacz w konfiguracji WB również nie przesuwa fazy sprzężenie zwrotne jest
dodatnie. Jeżeli jest spełniony równocześnie warunek amplitudy (odpowiedni podział
indukcyjności L), to układ generuje na wyjściu sygnał sinusoidalny o częstotliwości równej
częstotliwości rezonansowej obwodu LC

1

. Kondensator C

B

zwiera do masy bazę tranzystora

T

1

dla sygnałów zmiennych. Pozostałe elementy układu pełnią identyczne funkcje jak w

generatorze Hartleya w konfiguracji WE.

Przestrajanie generatorów Hartleya, czyli zmiana częstotliwości generowanego sygnału, może
być realizowana przez zmianę indukcyjności L lub pojemności C

1

(ten sposób jest zwykle

stosowany). Dla zapewnienia dużej stałości częstotliwości generowanego sygnału niezależnej
od zmiany temperatury, napięcia zasilającego itp., należy stosować obwód rezonansowy o
dużej dobroci Q.

Na poniższym schemacie

*

przedstawiono popularną konfigurację generatora Hartleya,

wykonaną z użyciem bipolarnego tranzystora n-p-n.

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Obwód rezonansowy tego generatora jest przestrajany za pomocą kondensatora zmiennego.
Sygnał wyjściowy otrzymywany jest w wyniku magnetycznego sprzężenia kilku zwojów
drutu z cewką obwodu rezonansowego. Jest to pewien rodzaj transformatora obniżającego
napięcie.

Na rysunku poniżej przedstawione są generatory Colpittsa. Na rysunku a jest przedstawiony
generator Colpittsa z zasilaniem równoległym (konfiguracja WE), a na rysunku b - z
zasilaniem szeregowym (konfiguracja WB).

Generatory te są bardzo podobne do układów generatorów Hartleya. Różnią się
zastosowaniem dzielonej na dwie części pojemności (C

1

, C

2

) obwodu rezonansowego,

zamiast dzielonej indukcyjności. Dlatego generatory w układzie Colpittsa są nazywane
również generatorami z dzieloną pojemnością.

W układzie z rysunku a sygnał sprzężenia zwrotnego z kondensatora C

1

(węzeł A),

przesunięty w fazie o 180° względem sygnału wyjściowego, jest przez kondensator C

4

podawany zwrotnie na bazę tranzystora pracującego w układzie wzmacniacza o konfiguracji
WE. Natomiast w układzie z rysunku b sygnał sprzężenia zwrotnego (węzeł B), zgodny w
fazie z sygnałem wyjściowym, jest podawany na emiter tranzystora pracującego w
konfiguracji WB (kondensator C

B

zwiera bazę do masy dla sygnałów zmiennych). W obydwu

układach warunek fazy jest spełniony dla częstotliwości rezonansowej obwodu LC:

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

gdzie:

natomiast warunek amplitudy zależy od stosunku pojemności obwodu rezonansowego C

1

/C

2

.

Rezystory R

1

, R

2

i R

E

są elementami obwodu polaryzacji stałoprądowej tranzystora,

ustalającymi jego spoczynkowy punkt pracy. Częstotliwość generowanego przebiegu
sinusoidalnego może być zmieniana przez zmianę wartości indukcyjności L lub jednoczesną
zmianę pojemności C

1

i C

2

, przy zachowaniu ich stałego stosunku.

Na poniższym schemacie

**

przedstawiono popularną konfigurację generatora Colpittsa, z

równoległym obwodem rezonansowym na wejściu wzmacniacza i z sygnałem dodatniego
sprzężenia zwrotnego pobieranym z jego wyjścia.

Poziom zniekształceń generatora, według danych źródłowych, jest mniejszy niż - 60dB.
Sygnał wyjściowy otrzymywany jest w wyniku magnetycznego sprzężenia kilku zwojów
drutu z cewką obwodu rezonansowego. Jest to pewien rodzaj transformatora obniżającego
napięcie.

Na poniższym rysunku przedstawione są generatory Meissnera strojone w kolektorze. Na
rysunku a mamy generator z zasilaniem szeregowym, a na rysunku b - z zasilaniem
równoległym.

W generatorze Meissnera dodatnie sprzężenia zwrotne, konieczne dla podtrzymania procesu
generacji, uzyskuje się przez sprzężenie transformatorowe obwodu kolektora i bazy
tranzystora pracującego w układzie selektywnego wzmacniacza rezonansowego LC.
Kondensator C o zmiennej pojemności, umożliwiający przestrajanie obwodu rezonansowego
ustalającego częstotliwość drgań, może być włączony w obwodzie kolektora (generator
strojony na wyjściu). Aby był spełniony warunek fazy w przypadku tranzystora pracującego

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

w konfiguracji WE, przesunięcie fazowe sygnału w pętli sprzężenia zwrotnego musi wynosić
180°. Takie przesunięcie uzyskuje się przez nawinięcie uzwojeń transformatora w
przeciwnych kierunkach lub przez odwrócenie końcówek uzwojenia, np. pierwotnego
względem wtórnego. Istnieje wiele wariantów układowych generatora Meissnera różniących
się umieszczeniem i sposobem zasilania (szeregowe, równoległe) obwodu rezonansowego
oraz konfiguracją pracy elementu czynnego. W obydwu układach przedstawionych powyżej
tranzystor pracuje w konfiguracji WE. Rezystory R

1

, R

2

i R

E

ustalają jego spoczynkowy punkt

pracy. Spełnienie warunku amplitudy zależy od stosunku indukcyjności L

2

/L

1

transformatora

sprzęgającego. Częstotliwość generowanego przebiegu jest bliska częstotliwości
rezonansowej obwodu LC i może być zmieniana przez zmianę pojemności C.

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m

Click here to buy

A

B

B

Y

Y

PD

F Transfo

rm

er

2

.0

w

w

w .A

B B Y Y.

c o

m