го транзистора шунтируют конденсатором бо<тьшоГ1 емкости. Обе цепи обратной связи оказываются выключенными. На вход усн.тнтстя подают переменное напряжение и замечают величину выходного напряжения иа резонансной частоте. Затем шунтирующий конденсатор отключают и переменным резистором Re. регулирующим величину положительной обратной связи, устанавливают то же значение выходного напряжения При этом необходимо производить некоторую подстройку частоты до получения максимальыио усиления, так как ширина полосы пропускания резко уменьшается м малейшая расстройка по частоте станова1тся очень заметна.

Итак, при оптимальной обратной Связи на частоте резонанса положительная и отрщательная обратная связь взаимно компенсируются и усилитель имеет тот же коэффициент усиления напряжения, что и без обратной связи. При отходе от резонансной частоты глубина положительно!! обратной связи быстро падает, а глубина отрицательно!"! полностью сохраняется. Результ!1рующая обратная связь оказывается отр!!цательиой, и ус!!лен1!е падает в большей степеи!!, чем без обратных связей. В результате дост1!гается уменьшение полосы пропусканпя, которое можно прип1!сать возрастанию добротности колебательного контура. В первом приближеиш!, пр!! опт!мальной обратной связ!! добротность МОЖНО подсчитэть по формуле

Q = Qo-4 «в

где Qo - добротность колебательного контура с учетом шунт!!рую1це-10 действ1!я иагрузк!! и выходного сопротивления усил!1теля; н,, - ко-эфф1!Ц!!ент включения контура к ус11Л!1телю; щ-коэффициент вклю-чен1!Я к контуру цепи обратной связи. Первый коэффициент равгн огношениго напряжения на колле!<торе верхнего транзистора к iiaiipH-жеипю на всем контуре, второй - отношен!1Ю напряжения на входе цепг! положительной обратной связи к напряжению на всем контуре. Из приведенного выражения внд1!0, что добротность колебательного контура у.миожается на некоторое Ч!1сло. Поэтому подобные схемы иногда называют ус!1лигелями с умножителями добротности.

С точки зрения получения более высокой добротности было бы желательно колебательный контур подключать к усилителю целиком, что соответствует значению Пц=1. Однако п этом случае увел!!чпва-ется нестабильность резонансной частоты из-за непостоянства е.чко-ст!1 коллекторного перехода второго транзистора. Приме!!ение част1!ч-ного включения колебательного контура заметно улучшает стабильность. Так, например, при Пк=0,5 нестабильность резонансной частоты снижается в 4 раза.

Рассматриваемая формула дает значение добротности при оптимальной обратной связи. Изменяя сопротивление цепи полож!1тельной обратно?! связи, можно получить как большие, так и меньшие зна-чеипя добротности. Но такой путь получения больших значений добротности нежелателен, так как приводит к резкому уменьшению стабильности усиления.

В процессе наладки усилителя могут встретиться трудност!!, связанные с измерением очень больших значений добротности. Измерять добротность по полосе пропускания становится затруднительно вследствие недостаточной точности отсчета частоты по шкале генератора. Лучше определять добротность по времени затухания собственных колебани!"!, возбуждаемых прямоугольным инз!<очастотным 1!апряже-нием, подаваемым на вход усилителя. Как известно, интервал време-.

ни т, в течение которого ампл!1туда собственных колебаний упадет в 2,72 раза, связан с добротностью Q и резонансно!! частотой fo соотношением

С = я/оТ.

Интервал т можно определить непосредственно по измерительной сетке электронно-лучевой трубки осциллографа. Непосредственные измерен1!я показали, что рассмотренная схема на частоте 465 кГц дает возможность получать добротность, достигающую 10000.

Логарифмические усилители

Для сжатия динамического диапазона различных сигналов часто применяют усилители с логарифмической амплитудной характеристикой. Трансформированная ими первоначальная относительная погрешность переходит в постоян!1ую абсолютную погрешность иа выходе. Поэтому относительная

погрешность измерений, выпол-

няемых с помощь!0 !змеритель- *~-ffSe

ного прибора с лпне!"1П0! шкалой, включенного на выходе логар11фм[!ческото ус11Л!1теля, получается постоянной в любой точке шкалы. Для построения наиболее простых ус1!лите-лей с логарифмической амплитудной характеристикой обычно используется логарифм1!че-ская зависимость наиряжсиия на полупроводниковом диоде от тока через него.

На рис. 28 показана схема логарифмического усилителя с логар1!фмирующен диодной цепочкой в цепи параллельной отрицательной обратной связи. Усилитель дает логарифмическую зависимость амплитуды выходного напряжения от амплитуды входного в д!!апазоне частот от 30 кГц до 1 МГц при изменен!!И входного напряжения от 3 мВ до 3 В. На более высоких частотах диапазон логарифмирован!1я уменьшается. На частоте 10 МГц логарифмическая зависимость начинается с 30 мВ. Ухудшение работы на высоких частотах связано с возрастанием емкостной проводимости р-/г-переходов диодов и коллекторного перехода транзистора. Поскольку диод является почти безынерционным элементом, выходное напряжение является результатом логарифмирования мгновенного значения входного напряжения. Форма сигнала с1!льно искажается. Синусоидальный сигнал, например, переходит в сигнал, близкий к прямоугольному. Включенное после логарифмического усилителя регистрирующее устройство должно реагировать во избежание искажения логарифмической зависимости на амплитудное значение выходного напряжения усилителя.

Недостатком усилителе!! с логарифмирующими диодами является завис1!мость результатов логарифмирования от температуры. В ответственных случаях влияние температуры окружающей среды легко устраняется термостатированием диодов, например, с помощью схемы рис. 38.

Рис. 28.

Генераторы гармонических колебаний

В большинстве случаев генераторы гармонических колебаний строятся на базе узкополосных усилителей с положительной обратной скязью. Для возбуждения колебаний достаточно, чтобы положительная обратная связь скомпенсировала потери энергии генерируемого сигнала в схеме, т. е. достаточен коэффициент усиления по мощности, несколько превышающий ед11Н1щу. Любой, самый «плохой» усилитель

можно превратить в генератор.

-128

Рис. 29.

Поэтому при конструировании генератора важен не коэффициент усиления напряжения исходного усилителя, а совсем другие ггараметры: стабильность генерируемой частоты, хорошая форма выходного напряжения, постоянство его амплитуды, простота схемы и коммутации при переходе с одного диапазона частот на другой п т. д. Все это предопределяет большое разнообразие схем генераторов.

Ниже рассмотрены схемы генераторов гармонических колебаний, имеющие ряд интересных особенностей. Как известно, режим возбуждения генератора гармонических колебани11 может быть мягким п жестким. Подавляющая часть используемых генераторов работает с мягким режимом возбуждения, при котором подбором величины положнтсльной обратной связи можно добиться получения любой необходимой амплитуды генерируемых колебаний. Жесткий режим возбуждении не даег возможности получения малых амплитуд генерируемых колебаний. Его обычно рассматривают как нежелательный и стараются избежать. Но схема генератора на рис. 29 специально сконструирована так, чтобы самовозбуждение было жестким. Генератор предназначен для работы в качестве бесконтактного датчика леремещения с четкой фиксацией определенного положения. Такой датчик может быть использован в системе бесконтактного электронного зажигания двигателей внутреннего сгорания, при разработке электронных тахометров, в схемах телеуправления и автоматики.

Управление генератором осуществляется путем изменения взаимной индукции между катушками при перемещении между ними экранирующей медной или алюминиевой пластинки. Удаление пластинки приводит к возникновению генерации, введение пластинки между катушками уменьшает обратную связь и срывает генерацию. Чтобы этот процесс осуществлялся наиболее четко, катушки наматываются на ферритовых полукольцах, разнесенных на расстояние около 2 мм, полюсами навстречу друг другу. Таким образом достигается концентрация магнитного потока в малом объеме между полюсами и введение в этот объем экранирующей пластинки приводит к сильной зависимости величины обратной связи от ее положении.

Рабочая точка генератора выбирается так, чтобы прн отсутствии генерации через транзистор шел небольшой ток. Для темпера-

туриой стабилизации этого тока на базу нчаается напряженне сме-1110НШ1 с диода, включенного в направ.чении пропускания. При воз-инкновеннн генерации ток через транзистор увеличивается, так как происходит детектирование высокочастотного напряжения эмиттерным псреходо.м. Возрастание тока через транзистор приведет к уж-личению уснлення последнего и к еще более быстрому возраста-Н1ГЮ амплитуды высокочастотных K0jie6aHHft. В роультате во.ниж-шне высокочастотные ко.чебання быстро достигают большой амплитуды, а ток через транзистор скачком возрастает в несколько раз.

Рис. 30.

ку.иттг

Рис. 31.

ГТдиБ

Срыв генерации при вве.енни экранирующей пластшткн также происходит скачком. На сонротив-к-нни ра.шязкн возникают п.мпуль-сы напряжения прямоугольной формы с амплитудой, превышающей no.ioBiuiy напряжения питания. После днфферекцнровання этих импульсов получаются кратковременные нмпу.чьсы, используемые ДJIЯ проведения в действие тех или иных устройств. Жесткий режим возбуждения позволяет обеспечить независимость амплитуды этих импульсов от скорости перемещения.

Четкая работа генератора получается при нспольэованнн ферритовых полуколец диаметром 7 мм с магнитной проницаемостью, равной 1000. Число витков каждой катушки од1шаково н равно 30. Частота генерации - несколько мегагерц. Высокая частота генерации способствует уменьшению времени установления колебаний н получению более крутых фронтов сформированных импульсов. Д.мя удобства использования схема генератора связана с источником питания и схемой обработки получаемых импульсов посредством обычного экранированного кабеля.

Налаживание генератора не представляет особых затруднений. Ее,)!} генерация не возникает, то следует поменять местами концы одной из катушек. Сопротивление резистора, определяющего напряжение смешения, нужно подобрать так, чтобы получалось четкое срабатывание датчика прн всех возможных напряжениях питания п все,х возможных температурах окружающей среды.

На рис. 30 изображена схема генератора гармонических колебаний со стабилизацией амплитуды колебаний. В основе ее лежит генератор на транзисторе Г,, включенном по схеме с общей базой. Транзистор детектирует выходное на пряжение н совместно с транзистором Тз усиливает продетектирпваннып сигнал. Уснлетплй

постоянным ток создаст в цепп :(viHTTepa транзистора Т", допотни-тсльнос надеине напряжения, в результате чего yjVieHbuiaioTCH гоК транзистора 7", н усиление последнего. Это нрнвилит к уменыие1П1ю по.чожитслыюн обратной связи и амплитуды колебании. Поско.и.-ку заметное детектирование генерируемого напряжения транзистором 7"2 начинается только при тостнжсннп вполне определенной амплитуды, а усплггель на транзисторах Т н T,i имеет большой кочф-фнипент усн.1спня. стабп.н1зацня амп.н1туды получается дстаточно

гтзгзв

Рис. 32.

xopOHiefi. Так, изменение напряжения интання от 6 го 12 В изменяет амплитуду не более чем на 2% и частоту иа 0,П2%. Изменение частоты генерации в 3 раза (поворотом ручки конденсатора переменной емкости) меняет амплитуду не более чем iia 1%. Амплитудная стабильность легко может быть повышена еще в несколько раз, если в цепь усиления постоянного тока ввести еще одни усилительный каскад. Выходное напряжение генератора равно 260 мВ. Напряжение на базу транзистора Гг снимается с Vs части общего числа витков катушки контура.

В схеме на рис. 31 используется микросхема К2ИТ012 н.ш K2HT178. Транзисторы Ti и Тг образуют двухкаскадный усилитель вида общий коллектор - общая база со 100%, ной положительной обратной связью. Входное сопротив.тение такого усилителя имеет отрицательный характер, поэтому подсоединение к нему колебательного контура создает условия для возбужтення гар.моиичсскнх колебаний.

Отличительной (юобенностью данной схемы является использование обоих транзисторов 7"i и Т, в режиме насыщения. Это иоз-В0.1МЛ0 ло предела упростить схему генератора. В режиме насыще. ния наблюдается очень большая зависимость усиления от амплиту 1Ы сигнала, поэтому возбуждение колебаний происходит исключительно мягко и даже без стабнлнзируюпгей схемы амплитуда колебаний ма.ю labHcHT от частоты генерацн1г Вместе с тем в режиме иасыи(ения частотные свойства транзисторов значительно yxyrnia-

ются и получить очень высокую частоту генерации в данной схеме невозможно.

Генератор дает на выходе напряжение 260 мВ. Изменение частоты генерации в 3 раза на низких частотах приводит к изменению амплитуды колебаний не более чем на 0,5%, а в диапазоне частот от 15 до 45 МГц - не более чем на 3%. Изменение напряжения питания от 6 до 12 В изменяет выходное напряжение на 6% и частоту на 0,6% на 30 МГц. Температурный коэффициент частоты равен 0,035%, на градус на 30 МГц. На низких частотах температурная стабильность частоты значительно выше.

На рис. 32 изображена схема генератора, позволяющая иметь стабилизированное напряжение на выходе буферного усилителя. С выхода буферного усилителя (Гг-Гз) сигнал поступает на диодный амплитудный детектор (Д) не него -на дифференциальный усилитель постоянного тока. Применение дифференциального симметричного входа и термокомпенсирующего днода Дг резко снижает температурную зависимость выходного напряжения. Если в схеме иа рис. 30 температурный коэффициент напряжения был около 1 % на градус, то в данной он снижается до 0,05%, на градус. Плавное изменение частоты генерации в 3 раза сопровождается изменением амплитуды не более чем на 0,2%- Схема может быть использована в полосе частот до 200 МГц,

Генераторы с мостом Вина

На низких частотах получили большое распространение генераторы гармонических колебаний с мостом Вина. Основу схемы такого генератора составляет рассмотренный ранее узкополосный усилитель с мостом Вина. В отличие от генераторов с колебательным контуром генератор с мостом Внна дает неискаженную синусоиду иа выходе только в том случае, если все его элементы работают в линейном режиме. С целью ограничения амплитуды колебаний на уровне, не допускающем перегрузки усилителя, в состав генератора обязательно должен быть введен нелинейный элемент.

В генераторе рис. 33 в одно из плеч моста Вина вводится тер-мистор. По мерс увеличения амплитуды колебаний его сопротивление убывает за счет подогрева генерируемым напряжением, что вызывает такой разбаланс моста Вина, при котором дальнейшее возрастание напряжения становится невозможным. Поскольку рассматриваемый усилитель может отдать в цепь термистора очень маленькую мощность, термистор должен заметно изменять свое сопротивление именно при этой мощности. В данной схеме можно использовать термисторы, применяемые для измерения малых мощностей сверхвысокочастотных сигналов, например типа 78 пли Т9 или специально выпускаемые для этих целей ТПМ2/0,5. У характеристики термистора есть экстремальная точка, в районе которой падение напряжения на термнсторе не зависит от проходящего через него тока. В этой точке стабилизирующее действие термисторной схемы стабилизации будет наилучшим. Экспериментально положение этой точки можно найти следующим образом: нужно подобрать такой режим, чтобы при изменении в некоторых пределах сопротивления переменного резистора в плече моста Внна выходное напряжение оставалось постоянным.