Глава 2. Частотно-избирательные цепи.

LC- колебательный контур.

Для понимания работы генератора необходимо знать устройство и функционирование частотно-избирательных цепей, которые входят обязательной составной частью в состав любого генератора. В дальнейшем будем рассматривать цепи, в состав которых не входит никаких источников энергии, и которые содержат две пары зажимов: одна из которых называется входом, а другая – выходом.

Прежде всего, рассмотрим цепь, состоящую из параллельно соединённых индуктивности и ёмкости, носящей название LC- колебательный контур. При подаче на вход такой цепи набора колебаний с разными частотами на выходе будем иметь колебания, частоты которых будут лежать в достаточно узком диапазоне. Вне этого диапазона (вне этой полосы частот) указанная цепь не пропускает колебаний. Полоса пропускания LC- цепи 2 определяется на уровне , где есть коэффициент пропускания цепи при резонансной частоте . Эта частота определяется формулой Томсона:

.

Колебания на этой частоте в LC-контуре продолжались бы вечно, если бы не было потерь энергии, например, на активном сопротивлении провода катушки индуктивности. Чем меньше потери энергии, тем выше добротность контура , которая определяется как

,

и может составлять десятки и сотни. Потери в контурном конденсаторе обычно малы по сравнению с потерями в катушке, поэтому добротность контура практически равна добротности катушки. Добротность же катушки определяется как отношение реактивного сопротивления катушки к её активному сопротивлению.

 

2.2. RC- избирательные цепочки.

Кроме LC- контура частотно зависимыми характеристиками обладают структуры, содержащие только ёмкости и сопротивления. Эти цепи по-разному изменяют фазу сигнала . Это надо учитывать при использовании RC-цепей в качестве цепей ПОС при построении генераторов гармонических колебаний.

Рассмотрим некоторые из RC-цепей.

Рис.6.

 

 

На рис. 6 представлена схема Г-образной RC-цепи, состоящая из трёх одинаковых RC-звеньев. Каждое звено сдвигает фазу на 60⁰. Если выполняются соотношения и , то для трёхзвенной RC-цепи = 180⁰ и , то есть такая цепь ослабляет выходной сигнал в 29 раз. Частоту, при которой = 180^о называют квазирезонансной . Для представленного на рис. 6 вида RC-цепи . В этой цепи резисторы R включены параллельно, поэтому такая цепь называется «фазосдвигающая цепочка R-параллель». Аналогичными частотно-зависимыми свойствами обладают RC-цепи, где ёмкости и сопротивления поменялись местами. В этом случае квазирезонансная частота оказывается выше и определяется формулой . Такая фазосдвигающая цепочка называется «C-параллель».

Для реализации генератора с фазосдвигающей цепочкой достаточно использовать однокаскадный усилитель. Такой усилитель обеспечивает и должен иметь коэффициент усиления .

Другой разновидностью частотно-зависимой цепи, используемой в RC-генераторах, является мост Вина. Его схема приведена на рис. 7.

Рис.7.

 

При условии и квазирезонансная частота , коэффициент передачи , а фазовый угол .

Для реализации конкретных схем RC-генераторов надо учитывать величины и , которыми обладают конкретные цепи ПОС. Так, например, если по каким-либо причинам решено использовать фазосдвигающую цепочку, следует использовать усилитель, обеспечивающий сдвиг фаз усиливаемого сигнала на 180⁰. В этом случае усилитель должен иметь нечетное число каскадов усиления (имеются в виду схемы с общим эмиттером). Попутно упомянем о факте, что ПОС с фазосдвигающей цепочкой приводит к сильному шунтированию усилительного каскада и снижению его коэффициента усиления. В ряде случаев этого можно избежать, если между усилительным каскадом и цепью ПОС поставить эмиттерный повторитель. Такой каскад обладает большим входным сопротивлением и не вносит сдвига фаз.

Так как мост Вина не вносит фазовых сдвигов в передаваемый им сигнал (), то для соблюдения условия баланса фаз усилительная часть генератора должна состоять из чётного числа каскадов (на схеме с общим эмиттером).

В заключение отметим, что использование RC-цепей при создании генераторов синусоидальных колебаний позволяет изменять частоту. Однако для этого необходимо одновременно и одинаково изменять значения емкостей или сопротивлений, входящих в состав этих цепей.