Генератор на транзисторе сообщение

Обновлено: 15.05.2024

Радиолюбителям необходимо получать различные радиосигналы. Для этого необходимо наличие нч и вч генератора. Зачастую такой тип приборов называют генератор на транзисторе за его конструктивную особенность.

Дополнительная информация. Генератор тока – это автоколебательное устройство, созданное и используемое для появления электрической энергии в сети или преобразования одного вида энергии в другой с заданной эффективностью.

Автоколебательные транзисторные приборы

Генератор на транзисторе разделяют на несколько видов:

по частотному диапазону выдаваемого сигнала;
по типу выдаваемого сигнала;
по алгоритму действия.

Частотный диапазон принято подразделять на следующие группы:

30 Гц-300 кГц – низкий диапазон, обозначается нч;
300 кГц-3 МГц – средний диапазон, обозначается сч;
3-300 МГц – высокий диапазон, обозначается вч;
более 300 МГц – сверхвысокий диапазон, обозначается свч.

Так подразделяют диапазоны радиолюбители. Для звуковых частот используют промежуток 16 Гц-22 кГц и тоже делят его на низкие, средние и высокие группы. Эти частоты присутствуют в любом бытовом приёмнике звука.

Следующее разделение – по виду выдаваемого сигнала:

синусоидальный – происходит выдача сигнала по синусоиде;
функциональный – на выходе у сигналов появляется специально заданная форма, например, прямоугольная или треугольная;
генератор шума – на выходе наблюдается равномерный диапазон частот; диапазоны могут быть различны, в зависимости от нужд потребителя.

Транзисторные усилители различаются по алгоритму действия:

RC – основная область применения – низкий диапазон и звуковые частоты;
LC – основная область применения – высокие частоты;
Блокинг-генератор – используется для производства сигналов-импульсов с большой скважностью.

Изображение на электрических схемах

Для начала рассмотрим получение синусоидального типа сигнала. Самый известный генератор на транзисторе такого типа – генератор колебаний Колпитца. Это задающий генератор с одной индуктивностью и двумя последовательно соединёнными ёмкостями. С помощью него производится генерация требуемых частот. Оставшиеся элементы обеспечивают требуемый режим работы транзистора на постоянном токе.

Также широко известен задающий генератор колебаний Хартли. Он, как и схема Колпитца, достаточно прост в сборке, однако требуется индуктивность с отводом. В схеме Хартли один конденсатор и две последовательно соединённые катушки индуктивности производят генерацию. Также в схеме присутствует дополнительная ёмкость для получения плюсовой обратной связи.

Основная область применения вышеописанных приборов – средние и высокие частоты. Используют для получения несущих частот, а также для генерации электрических колебаний малой мощности. Принимающие устройства бытовых радиостанций также используют генераторы колебаний.

Все перечисленные области применения не терпят нестабильного приёма. Для этого в схему вводят ещё один элемент – кварцевый резонатор автоколебаний. В этом случае точность высокочастотного генератора становится практически эталонной. Она достигает миллионных долей процента. В принимающих устройствах радиоприёмников для стабилизации приёма применяют исключительно кварц.

Что касается низкочастотных и звуковых генераторов, то здесь есть очень серьёзная проблема. Для увеличения точности настройки требуется увеличение индуктивности. Но увеличение индуктивности ведёт к нарастанию размеров катушки, что сильно сказывается на габаритах приёмника. Поэтому была разработана альтернативная схема генератора Колпитца – генератор низких частот Пирса. В ней индуктивность отсутствует, а на её месте применён кварцевый резонатор автоколебаний. Кроме того, кварцевый резонатор позволяет отсечь верхний предел колебаний.

В такой схеме ёмкость не даёт постоянной составляющей базового смещения транзистора дойти до резонатора. Здесь могут формироваться сигналы до 20-25 МГц, в том числе звуковые.

Производительность всех рассмотренных устройств зависит от резонансных свойств системы, состоящей из емкостей и индуктивностей. Отсюда следует, что частота будет определена заводскими характеристиками конденсаторов и катушек.

Важно! Транзистор – это элемент, произведённый из полупроводника. Имеет три вывода и способен от поданного входного сигнала небольшой величины управлять большим током на выходе. Мощность элементов бывает разная. Используется для усиления и коммутации электрических сигналов.

Дополнительная информация. Презентация первого транзистора была проведена в 1947 г. Его производная – полевой транзистор, появился в 1953г. В 1956г. за изобретение биполярного транзистора была вручена Нобелевская премия в области физики. К 80-м годам прошлого века электронные лампы были полностью вытеснены из радиоэлектроники.

Функциональный транзисторный генератор

Функциональные генераторы на транзисторах автоколебания изобретены для производства методично повторяющихся сигналов-импульсов заданной формы. Форма их задаётся функцией (название всей группы подобных генераторов появилось вследствие этого).

Различают три основных вида импульсов:

прямоугольные;
треугольные;
пилообразные.

Как пример простейшего нч производителя прямоугольных сигналов зачастую приводится мультивибратор. У него самая простая схема для сборки своими руками. Часто с её реализации начинают радио электронщики. Главная особенность – отсутствие строгих требований к номиналам и форме транзисторов. Это происходит из-за того, что скважность в мультивибраторе определяется емкостями и сопротивлениями в электрической цепи транзисторов. Частота на мультивибраторе находится в диапазоне от 1 Гц до нескольких десятков кГц. Высокочастотные колебания здесь организовать невозможно.

Получение пилообразных и треугольных сигналов происходит путём добавления в типовую схему с прямоугольными импульсами на выходе дополнительной цепочки. В зависимости от характеристик этой дополнительной цепочки, прямоугольные импульсы преобразуются в треугольные или пилообразные.

Блокинг-генератор

По своей сути, является усилителем, собранным на базе транзисторов, расположенных в один каскад. Область применения узка – источник внушительных, но скоротечных по времени (продолжительность от тысячных долей до нескольких десятков мкс) сигналов-импульсов с большой индуктивной плюсовой обратной связью. Скважность – больше 10 и может доходить до нескольких десятков тысяч в относительных величинах. Наблюдается серьезная резкость фронтов, по своей форме практически не отличающихся от геометрически правильных прямоугольников. Применяются в экранах электронно-лучевых приборов (кинескоп, осциллограф).

Генераторы импульсов на полевых транзисторах

Главное отличие полевых транзисторов – сопротивление на входе соизмеримо с сопротивлением электронных ламп. Схемы Колпитца и Хартли можно собирать и на полевых транзисторах, только катушки и конденсаторы необходимо подбирать с соответствующими техническими характеристиками. В противном случае генераторы на полевых транзисторах работать не будут.

Цепи, задающие частоту, подчиняются таким же законам. Для производства высокочастотных импульсов лучше приспособлен обычный прибор, собранный с использованием полевых транзисторов. Полевой транзистор не шунтирует индуктивность в схемах, поэтому генераторы вч сигнала работают более стабильно.

Регенераторы

LC-контур у генератора можно заменить путём добавления активного и отрицательного резистора. Это регенеративный путь получения усилителя. Такая схема обладает положительной обратной связью. Благодаря этому происходит компенсация потерь в колебательном контуре. Описанный контур называется регенерированным.

Генератор шума

Простой звуковой генератор своими руками

Рассмотрим простейший пример – ревун. Понадобятся всего четыре элемента: плёночный конденсатор, 2 биполярных транзистора и резистор для подстройки. Нагрузкой будет электромагнитный излучатель. Для питания устройства достаточно простой батарейки на 9В. Работа схемы проста: резистор задаёт смещение на базу транзистора. Через конденсатор происходит обратная связь. Резистор для подстройки изменяет частоту. Нагрузка должна быть с высоким сопротивлением.

При всём многообразии типов, размеров и форм исполнения рассмотренных элементов мощных транзисторов для сверхвысоких частот до сих пор не придумано. Поэтому генераторы на транзисторах автоколебания применяют в основном для нч и вч диапазонов.

Видео

Схема генератора на транзисторе в принципе ничем не отличается от схемы лампового генератора (см. рис. 2.29). Это автоколебательная система, но только роль клапана, управляющего током в анодной цепи, вместо триода играет транзистор.

Транзистор, напомним, состоит из трех полупроводниковых слоев: эмиттера, базы и коллектора. Эмиттер и коллектор имеют одинаковые основные носители заряда, например, электроны (это полупроводники n-типа), а база имеет основные носители противоположного знака — дырки (полупроводник р-типа). База играет роль управляющего электрода триода — сетки, коллектор роль анода, а эмиттер роль катода, поставляющего заряженные частицы в анодную цепь генератора.

Упрощенная схема генератора на транзисторе показана на рисунке 2.30. Колебательный контур соединен последовательно с источником тока и транзистором таким образом, что на коллектор подан положительный потенциал, а на эмиттер — отрицательный.

Чтобы в генераторе возникли незатухающие колебания, нужно сообщать базе положительный потенциал относительно эмиттера в те моменты времени, когда нижняя (по рисунку) пластина конденсатора заряжена положительно, а верхняя отрицательно (коллекторный переход открыт). При этом идет ток в цепи контура, подзаряжая конденсатор. Напротив, в интервалы времени, когда нижняя пластина конденсатора заряжена отрицательно, а верхняя — пололсительно, ток в цепи контура должен отсутствовать. Для этого база должна иметь отрицательный потенциал, а эмиттер положительный (коллекторный переход закрыт).

Амплитуда автоколебаний в контуре пропорциональна напряжению, создаваемому источником, а частота определяется формулой Томсона, как и в случае лампового генератора.

Генераторы на транзисторах применяются во множестве радиотехнических устройств: в радиоприемниках, передатчиках небольпюй мощности и т. д. Во всех современных электронных вычислительных машинах имеются миниатюрные генераторы на транзисторах.

Основные элементы автоколебательной системы

На примерах лампового генератора и генератора на транзисторе можно выделить основные элементы, характерные для многих автоколебательных систем (рис. 2.31):

Автоколебательной называется колебательная система, совершающая незатухающие колебания за счёт действия источника энергии, не обладающего колебательными свойствами. Например: часы, двигатель внутреннего сгорания, духовые инструменты.

Обратная связь в генераторе автоколебаний должна удовлетворять двум условиям: 1. энергия от источника должна поступать в такт с колебаниями в контуре. 2. поступающая от источника энергия должна быть равна её потерям в контуре. L св . L Э Б К

Колебательная система состоит из: Источник энергии Батарея гальванических элементов К лапан Транзистор Колебательная система Колебательный контур Обратная связь Индуктивная – через катушки

Колебания в контуре происходит с большой частотой. Конденсатор восполняет потери энергии лишь в те моменты, когда его полярность совпадает с полярностью источника. В те моменты, когда полярности противоположны, он будет разряжаться через источник. L C _ + + _ _ +

Очевидно, что обязательным условием получения незатухающих колебаний в контуре является восполнение потерь энергии именно в моменты совпадения полярности конденсатора и источника и отключение конденсатора от источника в другое время. В качестве устройства, способного осуществить такую функцию можно использовать транзистор , через который конденсатор колебательного контура будет соединен с источником тока. быстродействующий прибор пока на базу не подан сигнал – ток через транзистор не идет, конденсатор отключен от источника при подаче сигнала – ток через транзистор идет и конденсатор заряжается от источника ?

Процесс в автоколебательной системе: После зарядки конденсатора его верхняя обкладка заряжена положительно, нижняя - отрицательно Конденсатор начинает разряжаться через катушку. Ток в первой четверти периода постепенно нарастает, затем убывает, порождая переменное магнитное поле, пронизывающее витки катушки L . В катушке L св , которая индуктивно связана с катушкой контура, возникает магнитное поле, имеющее такое же направление и появляется индукционный ток, направленный от эмиттера к базе. Транзистор пропускает ток к конденсатору, в котором в это время протекает еще индукционный ток, совпадающий по направлению с первоначальным. Все потери энергии восполняются, знаки зарядов пластин меняются на противоположные L св . L Э Б - I К + -

Ток через конденсатор теперь течет в противоположном направлении, нарастая в первой четверти и убывая во второй Порождаемое током магнитное поле, пронизывает витки катушки контура, а, следовательно, и индуктивно связанной с ней катушки L св .. В катушке обратной связи возникает индукционный ток, направленный от базы к эмиттеру , в результате чего потенциал базы оказывается выше и ток к конденсатору не идет. В конденсаторе протекает только индукционный ток, совпадающий по направлению с током в начале полупериода. Конденсатор перезаряжается, знаки пластин меняются на противоположные. L св . L Э Б + - + - + -

Сегодня мы попытаемся понять, что же такое генератор Ройера на примере CCFL конвертера, соберем его прототип, а так же изучим принцип работы.

Предыстория

Попал ко мне в руки давеча нерабочий сканер, чинить его не было никакого смысла, поэтому он пошел на запчасти. Снял я с него CCFL (cold cathode fluorescent lamp) лампу, конвертер и решил с ними поиграться.

Но конвертер оказался нерабочим, а так как поиграться очень хотелось, я решил его восстановить. Так как при замене сгоревшего транзистора у китайской платы начали отслаиваться дорожки, я решил сделать свою, заодно поподробнее изучить принцип работы и написать статью на Хабр, может быть кому-то будет интересно.

Схема и принцип работы

Итак, вернемся к Ройеру. Схема, запатентованная в 1954 году Джорджем Х. Ройером, представляет из себя резонансный автогенератор, собранный по топологии пуш-пулл. Вообще, модификаций этой схемы много, но все они отличаются вариациями обмотки связи, и по принципу работы одинаковы. Есть так же генератор Ройера на полевых транзисторах, но это совсем другая схема. В данной статье мы рассматриваем только модифицированный генератор Ройера на биполярных транзисторах, с обмоткой связи без отвода, наиболее часто использующейся в балластах CCFL. Рассмотрим схему:

При подаче питания ток течет к базе транзистора Q2 через резистор R1. Этот резистор служит только для запуска, и с ним связан один момент, но о нем чуть позже. Транзистор Q2 начинает отпираться и через его переход коллектор-эмиттер и часть первичной обмотки начинает течь ток, а также начинает заряжаться конденсатор C1. В этот момент наводится напряжение в обмотке связи, и ток начинает вытекать из базы Q1, втекая в базу Q2. Транзистор Q1 удерживается запертым, а Q2 открывается еще больше, но, поскольку первичная обмотка с контурным конденсатором C1 составляет колебательный контур, через некоторое время заряженный конденсатор C1 начинает отдавать ток в первичную обмотку в обратном направлении, и в обмотке связи ток начинает течь наоборот. Транзисторы Q1 и Q2 меняют свои состояния на противоположные и процесс генерации стабилизируется на резонансной частоте контура, в результате чего в нем образуются синусоидальные колебания, а во вторичной обмотке наводится напряжение. Дроссель L1 накапливает энергию и отдает ее в момент переключения транзисторов, как бы повышая напряжение питания, а так же с конденсатором C2 составляет LC-фильтр.

Плата и компоненты

Через полчаса работы я развел плату и отправил ее травиться (архив с полезностями, в том числе плата в PDF, доступен по ссылке в конце статьи), а сам успел попить чай.

Я немного изменил схему, в частности, поставил PNP транзисторы, поскольку подходящих NPN под рукой не оказалось, а так же добавил второй резистор.

И добавил я его не просто так, помните, я обещал рассказать о резисторе для запуска? В идеале он должен быть несколько десятков килоом, чтобы не влиять на работу, но суметь запустить процесс, а управление транзисторами должно осуществляться исключительно обмоткой связи. Но хитрым китайцам жалко меди, и поэтому в обмотке связи только два витка, и с резистором положенного сопротивления лампа даже не зажигается. Но они ставят резистор более низкого сопротивления, в результате транзистор с эти резистором в базе работает в более нагруженном режиме, он то и сгорел. Я не стал перематывать трансформатор, а поставил более мощные транзисторы и два резистора. Теперь помимо обмотки связи транзисторы отпираются при помощи этих резисторов, в результате мощность балласта повысилась с 4 до 20 ватт, но это предел как для трансформатора, так и для транзисторов.

Испытания

Теперь мы можем снимать дуги и питать CCFL трубки с этого драйвера. Питание схемы 12 вольт.

Читайте также: