Текст книги "Введение в электронику"

Автор книги: Эрл Гейтс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 26 страниц)

Фактор, ограничивающий усиление транзисторного усилителя на высоких частотах – это шунтирование транзистора паразитной емкостью цепи. Между переходами транзистора существует небольшая емкость, ее величина определяется размером перехода и расстоянием между выводами транзистора, а также смещением, приложенным к переходу. Переход база-эмиттер, смещенный в прямом направлении имеет большую емкость, чем переход коллектор-база, смещенный в обратном направлении.

Для того, чтобы уменьшить влияние шунтирующей емкости и увеличить усиление на высоких частотах, в транзисторных видеоусилителях используются корректирующие катушки индуктивности. На рис. 28–32 изображен метод параллельной коррекции.

Рис. 28–32. Параллельная коррекция.

Небольшая индуктивность включается последовательно с резистором нагрузки. В диапазоне низких и средних частот корректирующая индуктивность почти не влияет на амплитудно-частотную характеристику. На высоких частотах катушка индуктивности резонирует с емкостью цепи, что приводит к увеличению выходного импеданса и поднимает усиление.

Другим методом является включение небольшой индуктивности последовательно с конденсатором межкаскадной связи. Этот метод называется последовательной коррекцией (рис. 28–33).

Рис. 28–33. Последовательная коррекция.

Корректирующая индуктивность эффективно отделяет входные и выходные емкости двух каскадов. Часто параллельная и последовательная коррекции комбинируются для того, чтобы усилить преимущества обоих методов (рис. 28–34). Это комбинирование может расширить полосу пропускания усилителя до частот, превышающих 5 мегагерц.

Рис. 28–34. Последовательно-параллельная коррекция.

Чаще всего видеоусилители используются в телевизионных приемниках (рис. 28–35).

Рис. 28–35. Видеоусилитель телевизионного приемника.

Транзистор Q₁ включен, как эмиттерный повторитель. Сигнал на транзистор Q₁ подается с видеодетектора. Видеодетектор получает видеосигнал с усилителя промежуточной частоты. В цепи коллектора Q₂ транзистора включена параллельная корректирующая индуктивность (L₁). На пути выходного сигнала включена последовательная корректирующая индуктивность (L₂). После этого видеосигнал подается на электронно-лучевую трубку через конденсатор связи С₅.

28-6. Вопросы

1. Что такое видеоусилитель?

2. Каков диапазон частот видеоусилителя?

3. Какими способами соединяются каскады видеоусилителей?

4. Дайте определения следующих понятий:

а. Параллельная коррекция.

б. Последовательная коррекция.

5. Где используются видеоусилители?

28-7. УСИЛИТЕЛИ РАДИОЧАСТОТЫ И ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЧАСТОТЫ

Усилители радиочастоты похожи на другие усилители. Они отличаются, главным образом, диапазоном рабочих частот, занимающим область от 10 до 30 мегагерц. Существуют два класса усилителей радиочастоты: перестраиваемые и неперестраиваемые. Основной функцией неперестраиваемого усилителя является усиление, а его амплитудно-частотная характеристика должна занимать как можно более широкий диапазон радиочастот. В перестраиваемом усилителе высокое усиление должно достигаться в узкой области частот или на отдельной частоте. Обычно, когда говорят об усилителях радиочастоты, подразумевают, что они являются перестраиваемыми, если не оговорено другое.

В радиоприемных устройствах усилители радиочастоты служат для усиления сигнала и выделения сигнала, соответствующей частоты. В передающих устройствах усилители радиочастоты служат для усиления сигнала на определенной частоте перед его подачей в антенну. В основном, приемные усилители радиочастоты являются усилителями напряжения, а передающие усилители радиочастоты являются усилителями мощности.

В приемных цепях усилитель радиочастоты должен обеспечивать достаточное усиление приемного сигнала, обладать низким собственным шумом, обеспечивать хорошую избирательность и иметь плоскую амплитудно-частотную характеристику на выбранных частотах.

На рис. 28–36 изображен усилитель радиочастоты, используемый в радиоприемнике с амплитудной модуляцией.

Рис. 28–36. Усилитель радиочастоты в радиоприемнике сигналов с амплитудной модуляцией.

Конденсаторы C₁ и С₄ настраивают антенну и выходной трансформатор T₁ на одну и ту же частоту. Входной сигнал с помощью индуктивной связи подается на базу транзистора Q₁. Транзистор работает, как усилитель класса А. Конденсатор С₄ и трансформатор T₁ обеспечивают высокое усиление по напряжению на резонансной частоте для цепи коллекторной нагрузки. Трансформатор T₁ имеет отвод для обеспечения хорошего согласования импедансов с транзистором.

На рис. 28–37 изображен усилитель радиочастоты, используемый в телевизионном высокочастотном тюнере.

Рис. 28–37. Усилитель радиочастоты в телевизионном высокочастотном тюнере.

Цепь настраивается катушками индуктивности L_1A; L_1B и L_1C. При повороте ручки переключателя каналов в цепь включается новый набор катушек. Это обеспечивает усиление в необходимой полосе частот для каждого канала. Входной сигнал попадает в перестраиваемую цепь, состоящую из L_1A, C₁ и С₂. Транзистор Q₁ работает, как усилитель класса А. Выходная коллекторная цепь представляет собой двойной перестраиваемый трансформатор. Катушка L_1B настраивается конденсатором С₄, а катушка – L_1C конденсатором С₇. Резистор R₂ и конденсатор С₆ образуют развязывающий фильтр, предотвращающий попадание радиочастот в блок питания и их взаимодействие с другими цепями.

В радиоприемниках с амплитудной модуляцией входной радиосигнал преобразуется в сигнал постоянной промежуточной частоты. После этого используется усилитель промежуточной частоты с фиксированной настройкой для увеличения уровня сигнала до необходимой величины.

Усилитель промежуточной частоты – это одночастотный (узкополосный) усилитель. Обычно для усиления сигнала до необходимого уровня используются два или три каскада усиления промежуточной частоты. Чувствительность приемника определяется усилением усилителя промежуточной частоты. Чем выше усиление, тем выше чувствительность. На рис. 28–38 показан типичный усилитель промежуточной частоты радиоприемника амплитудно-модулированных сигналов. Промежуточная частота равна 455000 герц. На рис. 28–39 изображен усилитель промежуточной частоты телевизионного приемника.

Рис. 28–38. Усилитель промежуточной частоты в радиоприемнике сигналов с амплитудной модуляцией.

Рис. 28–39. Усилитель промежуточной частоты в телевизионном приемнике.

На рис. 28–40 приведена таблица, в которой сравниваются частоты радио и телевизионных приемников.

Рис. 28–40. Сравнение радио и телевизионных частот.

28-7. Вопросы

1. Чем усилители радиочастоты отличаются от других усилителей?

2. Какие два типа усилителей радиочастоты вы знаете?

3. Где используются усилители радиочастоты?

4. Что такое усилитель промежуточной частоты?

5. Что самое главное в усилителе промежуточной частоты?

28-8. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

Операционный усилитель – это усилитель постоянного тока с очень высоким усилением. Обычно операционные усилители имеют коэффициент усиления от 20 000 до 1000000.

На рис. 28–41 изображено схематическое обозначение операционного усилителя. Вход, помеченный знаком (-), называется инвертирующим входом, а вход, помеченный знаком (+) – неинвертирующим входом.

Рис. 28–41. Схематическое обозначение операционного усилителя.

На рис. 28–42 изображена блок-схема операционного усилителя.

Рис. 28–42. Блок-схема операционного усилителя.

Операционный усилитель состоит из трех каскадов. Каждый каскад является усилителем со своими характерными особенностями.

Входной каскад – это дифференциальный усилитель. Он позволяет операционному усилителю реагировать только на разность входных сигналов. Кроме того, дифференциальный усилитель усиливает сигнал, пропорциональный разности входных напряжений, и не реагирует на одинаковые сигналы на обоих входах. Это называется ослаблением синфазного сигнала. Ослабление синфазного сигнала полезно при измерении слабых сигналов на фоне шума с частотой 60 герц. Шум с частотой 60 герц является общим для обоих входов и поэтому он ослабляется, а операционный усилитель усиливает только малую разность сигналов на обоих входах. Амплитудно-частотная характеристика дифференциального усилителя обеспечивает усиление от области низких частот до постоянного тока. Это означает, что дифференциальный усилитель может усиливать не только низкочастотные сигналы переменного тока, но и сигналы постоянного тока.

Второй каскад – это усилитель напряжения с высоким коэффициентом усиления. Этот каскад состоит из нескольких пар транзисторов, соединенных по схеме Дарлингтона, достигает усиления по напряжению в 200000 раз и более, обеспечивая большую часть усиления операционного усилителя.

Последний каскад – это выходной усилитель. Обычно это эмиттерный повторитель на комплементарных транзисторах. Он используется для того, чтобы операционный усилитель имел низкий выходной импеданс. Операционный усилитель может обеспечить несколько миллиампер тока нагрузки.

Операционные усилители рассчитаны на питание от двухполярного источника напряжения от ±5 до ±15 вольт. Положительный вывод источника питания должен обеспечивать от +5 до +15 вольт по отношению к земле, а отрицательный от -5 до -15 вольт по отношению к земле. Это позволяет выходному напряжению изменяться в сторону положительных и отрицательных значений по отношению к земле. Однако в некоторых случаях операционные усилители могут работать и от однополярного источника питания.

Принципиальная схема типичного операционного усилителя изображена на рис. 28–43.

Рис. 28–43. Схема операционного усилителя.

Изображенный усилитель называется LM741 (отечественный аналог К140УД7). Этот операционный усилитель не требует частотной коррекции, защищен от короткого замыкания, не имеет проблем с запиранием. Хорошие эксплуатационные качества при низкой цене обеспечивают его широкое использование.

Устройство, содержащее в одном корпусе два операционных усилителя LM741, называется LM747 (наш аналог КР140УД20). Благодаря отсутствию конденсаторов связи эти операционные усилители могут усиливать сигналы переменного и постоянного токов.

Нормальный режим работы операционного усилителя – это режим работы с обратной связью. В нем используется отрицательная обратная связь, что уменьшает общее усиление операционного усилителя, но обеспечивает лучшую стабильность.

При работе операционного усилителя с обратной связью, выходной сигнал подается на один из входов в качестве сигнала обратной связи. Этот сигнал обратной связи противодействует входному сигналу, так как находится в противофазе. Существуют две основные цепи с обратной связью: инвертирующая и неинвертирующая. Инвертирующая конфигурация более популярна.

На рис. 28–44 изображен операционный усилитель с инвертирующей обратной связью: входной сигнал подается на инвертирующий вход (-) через резистор R₁. Обратная связь обеспечивается с помощью резистора R₂.

Рис. 28–44. Операционный усилитель в качестве инвертирующего усилителя.

Величина сигнала на инвертирующем входе определяется как входным, так и выходным напряжением. Знак минус указывает на то, что выходной сигнал отрицателен, когда входной сигнал положителен. Знак плюс указывает на то, что выходной сигнал положителен, когда входной сигнал отрицателен. Выходной сигнал сдвинут по фазе на 180 градусов по отношению ко входному. В зависимости от отношения резисторов R₂ и R₁ усиление инвертирующего усилителя может быть меньше, равно или больше 1. Когда усиление равно 1, его называют усилителем с единичным усилением, и используют для инвертирования полярности входного сигнала.

На рис. 28–45 изображен операционный усилитель с неинвертирующей обратной связью: выходной сигнал находится в фазе со входным.

Рис. 28–45. Операционный усилитель в качестве неинвертирующего усилителя.

Входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. Выходное напряжение делится с помощью резисторов R₂ и R₁ для того, чтобы подать напряжение обратной связи на инвертирующий (-) вход. Усиление по напряжению по неинвертирующему входу всегда больше 1.

Коэффициент усиления операционного усилителя зависит от частоты. Обычно усиление, указываемое в справочных данных – это усиление по постоянному току. При увеличении частоты усиление уменьшается. Без использования методов увеличения полосы пропускания, операционный усилитель хорош только для усиления сигналов постоянного тока. Для расширения полосы пропускания используется обратная связь, уменьшающая усиление. Насколько уменьшается усиление, настолько увеличивается полоса пропускания. С помощью этого способа полоса пропускания операционного усилителя 741 может быть увеличена до 1 мегагерца.

Операционные усилители применяются для сравнения, инвертирования или неинвертирования сигналов, они также могут использоваться для сложения сигналов, как показано на рис. 28–46. Такой усилитель называется суммирующим усилителем.

Рис. 28–46. Операционный усилитель в качестве суммирующего усилителя.

Отрицательная обратная связь удерживает потенциал инвертирующего входа близким к потенциалу земли. Следовательно, все входные сигналы электрически изолированы друг от друга. На выходе усилителя получается инвертированная сумма входных сигналов.

В суммирующем усилителе резистор, соединяющий неинвертирующий вход с землей, выбран равным полному сопротивлению параллельно включенных входному сопротивлению и сопротивлению обратной связи. Если сопротивление обратной связи увеличить, то цепь может обеспечить и усиление. Если используются различные входные сопротивления, сигналы могут быть сложены с различным усилением.

Суммирующие усилители используются при смешивании сигналов звуковой частоты. В качестве входных сопротивлений используются потенциометры для регулирования уровня каждого из входных сигналов.

Операционные усилители также могут использоваться в качестве активных фильтров. Фильтры, использующие резисторы, катушки индуктивности и конденсаторы, называются пассивными. Активные фильтры – это безындуктивные фильтры, использующие интегральные микросхемы. Преимущество активных фильтров в отсутствии катушек индуктивности, имеющих большие размеры.

При использовании операционных усилителей в качестве активных фильтров недостатком является то, что они требуют источника питания, могут создавать шум и превращаться в генератор (возбуждаться) вследствие температурного дрейфа или старения компонентов.

На рис. 28–47 изображен фильтр верхних частот, использующий операционный усилитель. Фильтр верхних частот подавляет низкие частоты и пропускает частоты, расположенные выше частоты среза.

Рис. 28–47. Операционный усилитель в качестве фильтра верхних частот.

На рис. 28–48 изображен фильтр нижних частот, использующий операционный усилитель. Фильтр нижних частот пропускает низкие частоты и не пропускает частоты, расположенные выше частоты среза.

Рис. 28–48. Операционный усилитель в качестве фильтра нижних частот.

На рис. 28–49 изображен полосовой фильтр, использующий операционный усилитель. Полосовой фильтр пропускает частоты, расположенные вблизи некоторой центральной частоты, и ослабляет более высокие и более низкие частоты.

Рис. 28–49. Операционный усилитель в качестве полосового фильтра.

Разностный усилитель вычитает один сигнал из другого. На рис. 28–50 изображен стандартный разностный усилитель. Эта цепь называется вычитающим устройством, поскольку она вычитает значение Е₂ из значения E₁.

Рис. 28–50. Операционный усилитель в качестве разностного усилителя.

28-8. Вопросы

1. Что такое операционный усилитель?

2. Нарисуйте блок-схему операционного усилителя.

3. Кратко объясните, как работает операционный усилитель.

4. Что такое нормальный режим работы операционного усилителя?

5. Какое усиление может быть получено с помощью операционного усилителя?

6. Нарисуйте схемы следующих цепей:

а. Инвертирующий усилитель;

б. Суммирующий усилитель;

в. Фильтр верхних частот;

г. Фильтр нижних частот;

д. Разностный усилитель.

РЕЗЮМЕ

• Усилители – это электронные цепи, используемые для увеличения амплитуды электрического сигнала.

• Транзистор используется, главным образом, в качестве усилительного устройства.

• Транзисторные усилители могут быть трех типов: усилитель с общей базой, с общим коллектором и с общим эмиттером.

• Усилители с общим коллектором используются для согласования импедансов.

• Усилители с общим эмиттером обеспечивают обращение фазы выходного сигнала по отношению к входному.

• Все транзисторные усилители требуют двух напряжений для правильной подачи напряжения смещения.

• Один источник питания может обеспечить необходимые напряжения прямого и обратного смещения с помощью делителя напряжения.

• Цепь обратной связи с делителем напряжения является наиболее широко используемой цепью для напряжения смещения.

• Транзисторный усилитель может быть смещен таким образом, что на выходе будет усиливаться весь период входного сигнала или только его часть.

• Усилители класса А смещены таким образом, что выходной ток течет в течение всего периода.

• Усилители класса АВ смещены таким образом, что выходной ток течет в течение промежутка времени, большего, чем половина периода входного сигнала, но меньшего, чем период.

• Усилители класса В смещены таким образом, что выходной ток течет в течение только половины периода входного сигнала.

• Усилители класса С смещены таким образом, что выходной ток течет в течение промежутка меньшего половины периода входного сигнала.

• Для соединения одного транзистора с другим используют резистивно-емкостную, импедансную, трансформаторную и непосредственную (гальваническую) связи.

• Усилители с гальванической связью используются для получения высокого усиления на низких частотах или для усиления сигнала постояннного тока.

• Усилители с гальванической связью используются, главным образом, в качестве усилителей напряжения.

• Дифференциальный усилитель имеет два отдельных входа и может обеспечивать или один, или два выхода.

• Усилители звуковой частоты усиливают сигналы переменного тока в диапазоне частот от 20 до 20000 герц.

• Усилители звуковой частоты делятся на усилители напряжения и усилители мощности.

• Видеоусилители – это широкополосные усилители, используемые для усиления видеосигналов.

• Видеочастоты занимают полосу от нескольких герц до 5 или б мегагерц.

• Усилители радиочастоты работают в диапазоне от 10 до 30 мегагерц.

• Усилители радиочастоты делятся на перестраиваемые и неперестраиваемые.

• Операционные усилители – это усилители с гальванической связью и очень высоким коэффициентом усиления.

• Операционные усилители могут иметь коэффициент усиления от 20000 до 1000000.

• Операционные усилители обычно работают в режиме с обратной связью.

• Существуют два режима работы с обратной связью – инвертирующий и неинвертирующий.

Глава 28. САМОПРОВЕРКА

1. Кратко опишите, как используется транзистор для усиления сигналов.

2. Почему схема усилителя с общим эмиттером применяется наиболее широко?

3. Какие факторы влияют на усиление транзистора, и что может быть сделано для их компенсации?

4. Как поданное напряжение смещения влияет на класс работы усилителя?

5. Какой фактор необходимо учесть при соединении одного усилителя с другим?

6. Как метод связи, используемый для соединения усилителей, влияет на его рабочий диапазон частот?

7. При каких условиях могут использоваться усилители постоянного тока?

8. Как решается проблема температурной стабильности в усилителях постоянного тока с большим коэффициентом усиления?

9. В чем основные отличия между усилителями напряжения звуковой частоты и усилителями мощности звуковой частоты?

10. Каковы практические преимущества использования квазикомплементарного усилителя мощности перед комплементарным двухтактным усилителем?

11. Чем видеоусилитель отличается от усилителя звуковой частоты?

12. Какой фактор ограничивает усиление видеоусилителя на высоких частотах?

13. Для чего предназначен усилитель радиочастоты?

14. Для чего используются усилители промежуточной частоты?

15. Перечислите три каскада операционного усилителя и опишите их функции.

16. Где используются операционные усилители?

Глава 29. Генераторы

ЦЕЛИ:

После изучения этой главы студент должен быть в состоянии:

• Описать генератор и его назначение.

• Перечислить основные требования к генератору.

• Объяснить, как работает колебательный контур и как он связан с генератором.

• Нарисовать блок-схему генератора.

• Знать схемы LC, RC и кварцевого генераторов синусоидальных колебаний.

• Знать схемы генераторов несинусоидальных релаксационных (затухающих) колебаний.

• Нарисовать примеры генераторов синусоидальных и несинусоидальных колебаний.

Генератор – это невращающееся устройство, вырабатывающее переменный ток. Генераторы интенсивно используются в электронике: в радиоприем никах и телевизорах, в системах связи, в компьютерах, в промышленных системах управления и в устройствах точного измерения времени. Без генераторов не существовали бы очень многие электронные устройства.

29-1. ОСНОВЫ ГЕНЕРАТОРОВ

Генератор – это электрическая цепь, генерирующая периодический сигнал переменного тока. Частота сигнала может изменяться от нескольких герц до многих миллионов герц. Электронный генератор является альтернативой механическому генератору, используемому для получения электроэнергии. Преимуществом электронного генератора является отсутствие движущихся частей и значительно большая ширина диапазона, в котором может генерироваться сигнал. Выходное напряжение генератора может быть синусоидальным, прямоугольным или пилообразным, в зависимости от типа генератора. Основным требованием к генератору является постоянство частоты и амплитуды генерируемого напряжения.

Когда катушку индуктивности и конденсатор соединяют параллельно, они образуют цепь, называемую колебательным контуром. При возбуждении колебательного контура внешним источником постоянного тока, в нем возникают колебания; это означает, что в нем начинает течь переменный ток. Вследствие большого сопротивления цепи, колебания в колебательном контуре могут не возникнуть, так как сопротивление колебательного контура поглощает энергию тока и колебания в цепи затухают.

Для поддерживания колебаний в колебательном контуре рассеянную энергию необходимо восполнить. Это восполнение энергии осуществляется с помощью положительной обратной связи. Положительная обратная связь – это подача в колебательный контур части выходного сигнала для поддержки колебаний. Сигнал обратной связи должен быть в фазе с сигналом в колебательном контуре.

На рис. 29-1 изображена блок-схема генератора.

Рис. 29-1. Блок-схема генератора.

Структурное устройство генератора можно разбить на три части. Частотозадающей цепью генератора обычно является LC колебательный контур. Усилитель увеличивает амплитуду выходного сигнала колебательного контура. Цепь обратной связи подает необходимое количество энергии в колебательный контур для поддержки колебаний. Генератор – это схема с обратной связью, использующая постоянный ток для получения колебаний переменного тока.

29-1. Вопросы

1. Что такое генератор?

2. Как работает колебательный контур?

3. Что надо сделать для поддержания колебаний в колебательном контуре?

4. Нарисуйте блок-схему генератора.

5. Каковы функции основных частей генератора?

29-2. ГЕНЕРАТОРЫ СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Генераторы синусоидальных колебаний – это генераторы, вырабатывающие напряжение синусоидальной формы. Они классифицируются согласно их частотозадающим компонентам. Тремя основными типами генераторов синусоидальных колебаний являются LC генераторы, кварцевые генераторы и RC генераторы.

LC генераторы используют колебательный контур из конденсатора и катушки индуктивности, соединенных либо параллельно, либо последовательно, параметры контура определяют частоту колебаний. Кварцевые генераторы подобны LC генераторам, но обеспечивают более высокую стабильность колебаний. LC генераторы и кварцевые генераторы используются в диапазоне радиочастот. Они не подходят для применения на низких частотах. Для применения на этих частотах используются RC генераторы, имеющие резистивно-емкостную цепь для задания частоты колебаний.

Тремя основными типами LC генераторов являются генератор Хартли, генератор Колпитца и генератор Клаппа.

На рис. 29-2 и 29-3 изображены два основных типа генератора Хартли. Катушка с отводом в колебательном контуре указывает, что эти цепи являются генераторами Хартли. Недостатком генератора Хартли с последовательной обратной связью (рис. 29-2) является то, что через часть колебательного контура течет постоянный ток. В генераторе Хартли с параллельной обратной связью постоянный ток в колебательный контур не поступает, так как в цепь обратной связи включен конденсатор.

Рис. 29-2. Генератор Хартли с последовательной обратной связью.

Рис. 29-3. Генератор Хартли с параллельной обратной связью.

Генератор Колпитца (рис. 29-4) похож на генератор Хартли с параллельной обратной связью, за исключением того, что катушка с отводом заменена двумя конденсаторами. Генератор Колпитца стабильнее, чем генератор Хартли и чаще используется.

Рис. 29-4. Генератор Колпитца.

Генератор Клаппа (рис. 29-5) является разновидностью генератора Колпитца. Основным отличием является добавление конденсатора, включенного последовательно с индуктивностью в колебательный контур. Этот конденсатор позволяет изменять частоту генератора.

Рис. 29-5. Генератор Клаппа.

Изменения температуры, старение компонентов и изменение требований к нагрузке служит причиной нестабильности генераторов. Если требуется высокая стабильность параметров генерируемого сигнала, используются кварцевые генераторы.

Кварц – это материал, преобразовывающий механическую энергию в электрическую, когда к нему прикладывают давление, и электрическую энергию в механическую, под воздействием напряжения. Когда к кристаллу кварца приложено переменное напряжение, кристалл начинает растягиваться и сжиматься, создавая механические колебания, частота которых соответствует частоте переменного напряжения.

Кварцы обладают собственной частотой колебаний, обусловленной их структурой. Если частота приложенного переменного напряжения совпадает с собственной частотой, колебания кристалла ярко выражены. Если частота приложенного переменного напряжения отличается от собственной частоты кварца, кристалл колеблется слабо.

Частота механических колебаний кристалла кварца является величиной постоянной, что делает его идеальным для использования в генераторах.

В качестве генераторных кристаллов кроме кварца используются также турмалин и сегнетова соль. Сегнетова соль наиболее электрически активна, но легко разрушается. Турмалин имеет наименьшую электрическую активность, но большую прочность. Кварц лучше всего подходит для использования в генераторах: он имеет хорошую электрическую активность, достаточно прочен и поэтому чаще всего используется в качестве генераторного кристалла.

Кристаллическая пластинка размещается между двумя металлическими пластинами, которые прижимаются пружинами для того, чтобы обеспечить электрический контакт этих пластин с кристаллом. После этого кристалл помещается в металлический корпус. На рис. 29-6 изображено схематическое обозначение кристалла. На схемах кристаллы обозначаются буквами Y и XTAL.

Рис. 29-6. Схематическое обозначение кварца.

На рис. 29-7 изображена схема генератора Хартли с параллельной обратной связью с добавлением кварца. Кварц включен последовательно в цепь обратной связи. Если частота колебательного контура отклоняется от частоты кварца, импеданс кварца увеличивается, уменьшая глубину обратной связи. Это приводит к изменению частоты колебательного контура.

Рис. 29-7. Генератор Хартли с параллельной обратной связью, включающей кварц.

На рис. 29-8 изображен генератор Колпитца с кварцем, включенным так же как и в генераторе Хартли. Кварц управляет величиной обратной связи. Колебательный LC контур может быть настроен на частоту кварца.

Рис. 29-8. Кварцевый генератор Колпитца.

На рис. 29-9 изображен генератор Пирса. Эта схема подобна генератору Колпитца, за исключением того, что катушка индуктивности в колебательном контуре заменена кварцем. Кварц управляет импедансом колебательного контура, что определяет величину обратной связи и стабилизирует генератор.

Рис. 29-9. Генератор Пирса.

На рис. 29–10 изображен генератор Батлера. Схема собрана на двух транзисторах, использует колебательный контур и кварц для определения и стабилизации частоты колебаний. Колебательный контур должен быть настроен на частоту кварца, в противном случае генератор не будет работать. Преимущество генератора Батлера в том, что к кварцу приложено небольшое напряжение, уменьшающее его механические деформации. Заменив элементы колебательного контура, генератор можно заставить работать на частоте одной из гармоник кварца.

Рис. 29–10. Генератор Батлера.

RC генераторы используют для задания частоты резистивно-емкостную цепь. Существуют два основных типа RC генераторов синусоидальных колебаний: генератор с фазосдвигающей цепью и генератор на основе моста Вина.

Генератор с фазосдвигающей цепью – это обычный усилитель с фазосдвигающей RC цепью обратной связи (рис. 29–11).

Рис. 29–11. Генератор с фазосдвигающей цепью.

Обратная связь должна сдвигать фазу сигнала на 180 градусов. Так как емкостное сопротивление изменяется при изменении частоты, то эта компонента чувствительна к частоте. Стабильность улучшается при уменьшении величины фазового сдвига на каждой RC цепочке. Однако, на комбинации RC цепочек имеют место потери мощности. Транзистор должен иметь достаточно высокий коэффициент усиления для компенсации этих потерь.

Генератор на основе моста Вина – это двухкаскадный усилитель с цепью опережения-запаздывания и делителем напряжения (рис. 29–12).

Рис. 29–12. Генератор на основе моста Вина.

Цепь опережения-запаздывания состоит из последовательной (R₁C₁) цепочки и параллельной (R₂C₂) цепочки. Схема называется цепью опережения запаздывания потому, что выходное напряжение на некоторых частотах опережает входное напряжение по фазе, а на некоторых частотах отстает от него. На резонансной частоте сдвиг фаз равен нулю и выходное напряжение максимально. Резисторы R₃ и R₄ образуют цепь делителя напряжения, используемого для отрицательной обратной связи. Положительная обратная связь подается на базу, а отрицательная обратная связь на эмиттер генераторного транзистора Q₁. Выход транзистора Q₁ через емкость связан с базой транзистора Q₂, который усиливает напряжение и сдвигает его по фазе на 180 градусов. Выход транзистора Q₂ связан с мостовой цепью.