Схемы генераторов сигнала высокой частоты (ВЧ) и генераторов шума

Предлагаемые генераторы высокой частоты предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц.

Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами.

Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 4, 5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

Генераторы по схеме индуктивной трехточки

Генераторы высокой частоты (рис. 1, 2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки».

Рис. 1. Схема простого генератора ВЧ на одном транзисторе.

Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 2) по постоянному току.

Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 1, 2) делают отвод (обычно от ее 1/3... 1/5 части, считая от заземленного вывода).

Рис. 2. Однотранзисторный генератор ВЧ по схеме индуктивной трехточки.

Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур.

При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости.

Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Рис. 3. Генератор ВЧ по схеме индуктивной трехточки на полевом транзисторе.

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 3), обладают лучшими характеристиками.

Генераторы по схеме емкостной трехточки

Генераторы высокой частоты, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 4 и 5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Рис. 4. Генератор ВЧ по схеме емкостной трехточки.

Во многих схемах генераторов (рис. 1 — 5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с незаземленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора).

Рис. 5. Генератор ВЧ по схеме емкостной трехточки на полевом транзисторе.

При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.

На рис. 6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Рис. 6. Генератор сигналов ВЧ по схеме емкостной трехточки.

Генератор ВЧ на двух транзисторах

Схема генератора, показанная на рис. 7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГн до 2 Гн) [Р 7/90-68].

Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Рис. 7. Принципиальная схема генератора ВЧ на двух транзисторах.

Генераторы на активных элементах

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением.

На рис. 8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лямбдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Рис. 8. Схема ВЧ генератора на элементе с лямбдаобразной вольт-амперной характеристикой.

Светодиод HL1 стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 9.

Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

Рис. 9. Генератор ВЧ сигналов на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах.

На рис. 10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде.

Рис. 10. Практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде.

В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосмещенный переход высокочастотного германиевого диода.

Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот — до нескольких ГГц.

Более сложные схемы генераторов ВЧ

Высокочастотный генератор частоты, по схеме очень напоминающий рис. 7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 11 [Рл 7/97-34].

Рис. 11. Высокочастотный генератор частоты, выполненный с использованием полевого транзистора.

Прототипом RC-генератора является схема генератора на рис. 12 [F 9/71-171; 3/85-131].

Рис. 12. Схема высокостабильного RC-генератора высокой частоты на трех транзисторах.

Этот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов.

Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3.

Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Генераторы ВЧ с ударным возбуждением

Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа основана на периодическом возбуждении колебательного контура (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока.

В результате «электронного удара» в возбужденном таким образом колебательном контуре возникают постепенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы.

Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебательном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура.

Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматриваемых и известен с XIX века.

Практическая схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения показана на рис. 13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на колебательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ).

Рис. 13. Схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения.

Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.

Генераторы шума

Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 14 и 15. Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем.

Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц.

Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя.

Для этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 15) [Р 1/69-37].

Рис. 14. Принципиальная схема генератора шума с использованием перехода транзистора.

Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный элемент (рис. 15).

Рис. 15. Принципиальная схема генератора шума с использованием стабилитрона.

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы.

Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шумящего элемента.

Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.

Литература: Шустов М.А. - Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Тактовые генераторы ВЧ, НЧ

MAX038 - микросхема для генератора с частотой от 0,1 Гц до 20 МГц
Генератор импульсных сигналов с частотами 125 кГц, 250 кГц, 500 кГц, 1 МГц, 2 МГц, 4 МГц, 8 МГц, 16 МГц и 32 МГц
Генератор ультразвука на микросхеме К140УД608, синусоида от 10 kHz до 130 kHz
Акустический датчик и выключатель для нагрузки, схема на транзисторах
Схема транзисторного ГПД к трансиверу или приемнику

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎