Шпионские штучки

В активном элементе высокочастотного генератора, выполненном на транзисторе, включенном по схеме с общим коллектором, нагрузка подключена в цепь эмиттера транзистора, а выходное напряжение снимается с эмиттера по отношению к шине корпуса. Входное сопротивление такого каскада, часто называемого эмиттерным повторителем, в десятки раз выше, чем у каскада с общим эмиттером, а выходное сопротивление, наоборот, сравнительно мало. Помимо этого коэффициент усиления по току у эмиттерного повторителя почти такой же, как и у каскада по схеме с общим эмиттером. Однако коэффициент усиления по напряжению близок к единице, причем всегда меньше ее. Необходимо отметить, что в схеме с общим коллектором отсутствует фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами.

Расчеты показывают, что практическая реализация LC-генератора по схеме емкостной трехточки при включении транзистора по переменному току по схеме с общим коллектором представляет определенные трудности вследствие сравнительно малой индуктивности катушки резонансного контура (до единиц нГн). Поэтому при разработке ВЧ-генераторов малогабаритных транзисторных радиопередающих устройств часто используется схемотехническое решение, основанное на замене катушки с малой индуктивностью последовательно включенными конденсатором и катушкой индуктивности. При этом на рабочей частоте комплексное сопротивление этого последовательного колебательного контура должно быть таким же, как и у катушки в классической схеме трехточки. Впервые использовать последовательный колебательный контур в LC-генераторе по схеме емкостной трехточки предложил в 1948 году американский изобретатель Джеймс Клапп (James Clapp), поэтому часто такую схему называют схемой Клаппа. Отличительной особенностью LC-генераторов, выполненных по схеме Клаппа, является сравнительно высокая стабильность частоты.

Принципиальная схема одного из вариантов LC-генератора, выполненного по схеме Клаппа на биполярном транзисторе, включенном по переменному току по схеме с общим коллектором, приведена на рис. 3.9.

Рис. 3.9. Принципиальная схема LC-генератора по схеме Клаппа

По постоянному току транзистор VТ1 в данной схеме включен по схеме с общим эмиттером. При этом положение рабочей точки транзистора определяется величинами и соотношением сопротивлений делителя, в состав которого входят резисторы R1 и R2. Эти же резисторы совместно с резистором R3 образуют мостовую схему стабилизации положения рабочей точки. По переменному току транзистор VТ1 включен по схеме с общим коллектором, поскольку по высокой частоте его коллектор заземлен через шунтирующий конденсатор С5.

Последовательный колебательный контур в данной схеме образован катушкой L1 и конденсатором С2. Параллельно этому контуру включены конденсаторы С3 и С4, образующие емкостной делитель. Коэффициент передачи цепи обратной связи или глубина обратной связи зависит как от величин емкостей указанных конденсаторов, так и от соотношения этих значений. Таким образом, селективный элемент включен между эмиттером (выход активного элемента) и базой (вход активного элемента) транзистора VТ1. Формируемый генератором сигнал синусоидальной формы снимается с эмиттера транзистора.

На частоте резонанса через последовательный контур протекает наибольший ток (ток резонанса). Если емкость конденсаторов С3 и С4 будет велика, то их реактивное сопротивление будет сравнительно мало. В результате падение напряжения на них, инициированное протекающим через эти конденсаторы током резонанса, также будет мало. В этом случае связь активного элемента с резонансным контуром минимальна, поскольку по высокой частоте цепочка конденсаторов С3 и С4 представляет собой практически короткозамкнутую цепь.

При уменьшении величин емкостей конденсаторов С3 и С4 падение напряжения на них возрастает, соответственно увеличивается связь между активным элементом и резонансным контуром. При определенном значении реактивного сопротивления конденсаторов связь между эмиттером транзистора VТ1 и его базой станет достаточной для того, чтобы каскад начал работать в режиме генерации высокочастотных колебаний.

Как уже отмечалось, в рассматриваемом генераторе транзистор VТ1 по переменному току включен по схеме с общим коллектором, для которой характерны большое входное и малое выходное сопротивления. Из схемы видно, что величина входного сопротивления каскада между резонансным контуром и цепью базы транзистора VТ1 определяется величиной емкости конденсатора С3. Величина выходного сопротивления между цепью эмиттера транзистора VТ1 и резонансным контуром, в свою очередь, определяется величиной емкости конденсатора С4.