Генераторы LC-типа (LC-генераторы)

В LC-генераторах в качестве частотно-избирательных (частотно-задающих) элементов используются катушки индуктивности и конденсаторы. Обычно на основе катушек индуктивности и конденсаторов формируются параллельные или последовательные колебательные контуры, которые настраиваются на заданную рабочую частоту . В LC-генераторах обычно превышает значение 40 кГц.

На рис. 5.2 приведена принципиальная схема одного из вариантов LC-генератора. Основой такого устройства является резонансный усилитель, в котором с помощью трансформатора Тр создана ПОС. Условия генерации (5.2) здесь обеспечиваются для резонансной частоты контура . При подключении источника питания в цепях усилительного каскада образуются приращения токов и напряжений. В результате в LC-контуре возникают синусоидальные колебания с частотой , которые поддерживаются с помощью ПОС в устройстве.

Если частота колебаний отклонится от значения , то сопротивление контура перестанет быть активным и приобретет реактивный (индуктивный или емкостный) характер, что вносит дополнительный фазовый сдвиг, и условие (5.2,б) перестает выполняться. Кроме того, отклонение от резонансной частоты приводит к снижению , что может нарушить выполнение условия (5.2,а). Таким образом, генерация автоколебаний в устройстве (рис. 5.2) осуществляется на частоте (или очень близкой к ней).

Усилительный каскад ОЭ в рассматриваемом генераторе инвертирует сигнал, поэтому для выполнения баланса фаз трансформатор Тр должен осуществить поворот фазы сигнала на 180°. Если обмотки трансформатора имеют одно направление намотки, то необходимо вторичную обмотку включить встречно по отношению к первичной (см. рис. 5.2). Точки около выводов обмоток Тр указывают на синфазность напряжения на них. Обычно первичная обмотка Тр, являющаяся индуктивностью контура, состоит из большего числа витков, чем вторичная.

Выполнить LC-генератор можно и без использования трансформаторной связи. В этих случаях цепь обратной связи подключается непосредственно к колебательному контуру, который состоит из нескольких секций индуктивности (или емкости). В генераторах такого типа LC-контур соединяется с усилительным каскадом в трех местах (тремя точками), поэтому их называют трехточечными. На рис. 5.3 приведена принципиальная схема генератора с индуктивной трехточечной связью.

Здесь LC-контур образован секционированной индуктивностью L и емкостью параллельно включенного конденсатора С. Сигнал ПОС образуется на верхней секции L. Напряжение на выводах L относительно шины находится в противофазе. Амплитуда напряжения обратной связи устанавливается положением средней точки в катушке индуктивности. Из всех конденсаторов, используемых в рассматриваемом устройстве, минимальной емкостью должен обладать конденсатор С.

При реализации генератора с емкостной, трехточечной связью в контур параллельно катушке индуктивности включаются последовательно два конденсатора. Цепь обратной связи в этом случае подключается к общей точке этих конденсаторов (емкостного делителя).

Помимо рассмотренных выше генераторов существует достаточно много и других LC-генераторов: с эмиттерной связью, с двухтактной схемой и др. Выполняются LC-генераторы и на основе ОУ. Принципиальная схема одного из таких генераторов приведена на рис.5.4. Электронная часть генератора представлена здесь неинвертирующим усилителем. Поскольку неинвертирующий усилитель наОУ имеет малое выходное сопротивление, то LC-контур следует подключать к выходуОУчерез резистор .

На частоте резонанса параллельный контур имеет очень большое сопротивление и не шунтирует вход ОУ. При этом глубина ПОС становится больше глубины ООС и в устройстве выполняются условия возникновения генерации (5.2). При отклонении частоты от сопротивление контура уменьшается и приобретает реактивный характер, что приводит к уменьшению усилителя (за счет снижения глубины ПОС, которая становится меньше глубины ООС) и появлению дополнительных фазовых сдвигов. Таким образом, генерация колебаний в устройстве (рис. 5.4) оказывается возможной лишь на частотах, весьма близких к .

Отметим, что определенные отклонения частоты генерации могут происходить за счет изменения режимов работы и параметров элементов схемы, в частности, под действием температуры. Нестабильность частоты генерации обратно пропорциональна добротности контура. Поэтому в качестве высокостабильных генераторов используются устройства с частотно-избирательными элементами высокой добротности, которой обладает кварцевый резонатор.