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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Théorie : générateurs d'oscillations sinusoïdales. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Radioamateur débutant L'un des types de générateurs d'oscillations sinusoïdales est utilisé pour régler la fréquence des éléments RC. De tels générateurs sont assez complexes, nécessitent des mesures particulières pour stabiliser l'amplitude des oscillations et n'ont pas une stabilité à haute fréquence. Les générateurs avec un circuit oscillant parallèle comme élément de réglage de fréquence fonctionnent de manière plus fiable et plus efficace - ils sont souvent appelés générateurs LC. Rappelons qu'un circuit oscillant parallèle contient un condensateur et une inductance. Si un condensateur chargé est connecté à une bobine, des oscillations amorties se produiront dans le circuit résultant (Fig. 47). Leur fréquence est déterminée par la formule de Thomson : fo = 1/2π(LC)1/2.
Les oscillations continueraient indéfiniment s'il n'y avait pas de pertes d'énergie dans le circuit, par exemple sur la résistance active du fil de la bobine. D'ailleurs certains. même si une petite partie de l'énergie doit être donnée à la charge du générateur ! Plus la perte d'énergie est faible, plus le facteur de qualité du circuit est élevé, qui est égal au nombre d'oscillations jusqu'à ce que leur amplitude diminue d'environ 10 fois. Ce fait est peu connu. Les pertes dans un condensateur de boucle sont généralement faibles par rapport aux pertes dans la bobine, de sorte que le facteur de qualité du circuit est presque égal au facteur de qualité de la bobine, défini comme le rapport de la réactance de la bobine à l'actif. Le facteur de qualité des bobines radiofréquence dans les gammes DV, SV et KB se situe généralement entre 30 et 300, en fonction de la taille et de la qualité de fabrication. Les grosses bobines bobinées pour les gammes DV et SV avec un fil toronné spécial (LZSHO - fil de litz) ou un fil épais argenté pour la gamme KB ont généralement un facteur de qualité élevé. Réduire considérablement la taille des bobines tout en conservant un facteur de qualité élevé permet des circuits magnétiques (noyaux) en ferrite haute fréquence ou autre magnétodiélectrique (magnétite, oxyfer, fer carbonylé). Cependant, lors de l'utilisation de telles bobines dans des générateurs, il est nécessaire de faire attention à la dépendance à la température des propriétés du circuit magnétique afin de ne pas aggraver la stabilité de la fréquence du générateur. Le facteur de qualité du circuit détermine également la largeur de sa courbe de résonance. Il caractérise la dépendance de l'amplitude des oscillations dans le circuit à la fréquence lorsqu'il est excité à partir d'une source externe d'oscillations sinusoïdales. La connexion de la source avec le circuit afin d'obtenir des résultats corrects doit être très faible ; lorsque la fréquence d'oscillation de la source coïncide avec la fréquence de résonance du circuit, l'amplitude d'oscillation dans celle-ci est maximale et, lorsqu'elle est désaccordée, elle diminue. La largeur de la courbe de résonance aux points où l'amplitude chute à 0,7 (de 3 dB) est inversement proportionnelle au facteur de qualité : 2Δf=f/Q (Fig. 47). L'idée principale de la construction de générateurs avec un circuit LC est la suivante: la perte d'énergie dans le circuit pendant le processus d'oscillation doit être reconstituée par un élément amplificateur excité à partir du même circuit, conformément à la Fig. 44. Dans ce cas, deux conditions doivent être remplies : l'équilibre des amplitudes et l'équilibre des phases. La première condition exige que l'énergie fournie au circuit par l'élément amplificateur soit exactement égale aux pertes d'énergie dans le circuit lui-même et dans les circuits de communication avec la charge. Avec une rétroaction plus faible, les oscillations s'éteignent et la génération s'arrête, avec une plus forte, l'amplitude augmente et l'élément amplificateur entre en mode limite ou est fermé par la tension générée par le circuit de stabilisation d'amplitude. Dans les deux cas, le gain est réduit, rétablissant l'équilibre d'amplitude. La condition d'équilibre de phase est que les oscillations de l'élément amplificateur sont fournies au circuit en phase avec les siennes. Par conséquent, le déphasage total dans la boucle de rétroaction doit être nul. Cependant, un petit déphasage introduit par l'amplificateur peut être compensé par le circuit. Le déphasage des oscillations dans le circuit (par rapport à celles d'excitation) est nul à la fréquence de résonance et atteint ±π/0 lorsque la fréquence est désaccordée de ±Δf conformément à la caractéristique de phase du circuit. En présence d'un déphasage dans l'élément amplificateur, les oscillations ne seront pas excitées à la fréquence de résonance, mais quelque part à côté de celle-ci, ce qui, bien sûr, n'est pas souhaitable. Historiquement, le premier oscillateur LC a été inventé par Meissner en 1913 (Société allemande pour le télégraphe sans fil) puis amélioré par Round (société britannique Marconi). Il utilisait une rétroaction inductive (Fig. 48).
Les oscillations du circuit L2C2 sont transmises à la grille de la lampe VL1. Son courant d'anode, qui change dans le temps avec les oscillations du circuit, traverse la bobine de couplage et l'énergie des oscillations amplifiées retourne dans le circuit. Pour un phasage correct, les deux bobines doivent être allumées comme indiqué sur la figure (les débuts des enroulements enroulés dans un sens sont indiqués par des points). Vous pouvez régler le feedback en modifiant la distance entre les bobines. Pour stabiliser l'amplitude d'oscillation, un quadrillage est utilisé - la chaîne C3R1 (d'ailleurs, ce n'était pas encore dans le tout premier générateur Meissner). Cela fonctionne comme ceci: pendant les demi-périodes positives d'oscillations sur la grille, une partie des électrons est attirée par elle et charge le côté droit du condensateur C3 selon le schéma avec une tension négative. Il décale le point de fonctionnement vers une section moins raide de la caractéristique (le tube se ferme un peu), et le gain est réduit. La résistance de "fuite de grille" R1 permet à la charge accumulée de s'écouler vers la cathode, sinon la lampe se fermerait complètement. Le condensateur C1 sert à fermer les courants haute fréquence à un fil commun ("terre") - après tout, il n'est pas du tout nécessaire qu'ils traversent la source d'alimentation, créant des interférences et des interférences avec d'autres éléments de l'appareil dans lequel le générateur est utilisé. Plus tard, la société américaine Western Electric a développé des générateurs plus simples et plus avancés - l'inductif "trois points" Hartley (1915) et le capacitif "trois points" Colpitz (1918). Nous avons délibérément cité les noms des inventeurs, puisque les circuits de leurs générateurs sont restés pratiquement inchangés depuis plus de trois quarts de siècle, et les noms "circuit Meissner" ou "circuit Colpitz" se retrouvent encore dans la littérature technique sans expliquer ce c'est. La base de l'élément, cependant, a considérablement changé et, à titre d'exemple, considérons un générateur fabriqué selon le schéma inductif à trois points (Hartley) sur un transistor à effet de champ moderne avec une grille isolée (Fig. 49).
Selon le principe de fonctionnement, un tel transistor ressemble à bien des égards à un tube radio à trois électrodes - une triode, mais le courant qu'il contient ne circule pas dans le vide, mais dans l'épaisseur d'un semi-conducteur, où un canal conducteur a été créé technologiquement entre le drain (sortie supérieure selon le circuit) et la source (sortie inférieure). La conductance du canal est contrôlée par la tension de grille - une électrode située très près du canal, mais isolée de celui-ci. Lorsqu'une tension négative est appliquée à la grille, son champ "serre" le canal, pour ainsi dire, et le courant de drain diminue. Si une tension positive est appliquée et augmente, la conductivité du canal augmente et le courant de drain augmente. Dans tous les cas, il n'y a pas de courant de grille, ce qui a obligé à compléter la grille C2R1 - le circuit de stabilisation d'amplitude - avec des diodes VD1, qui détectent les oscillations entrant dans la grille et créent une polarisation négative à mesure que leur amplitude augmente. Les oscillations sont fournies à la porte à partir du circuit L1C1, qui détermine la fréquence du générateur. L'avantage d'un transistor à effet de champ est que son impédance d'entrée aux fréquences radio est très élevée et qu'il ne shunte pratiquement pas le circuit sans y introduire de pertes supplémentaires. La rétroaction est créée en connectant la source du transistor à une partie des spires de la bobine L1 (généralement 1/3 à 1/10 du nombre total de spires). Le générateur fonctionne comme ceci : avec une demi-onde positive d'oscillations, le courant du transistor augmente à la sortie supérieure du circuit, ce qui « jette » une autre portion d'énergie dans le circuit. En effet, le transistor de ce générateur est rendu passant par une source suiveuse, et la phase des oscillations à la source coïncide avec la phase des oscillations à la grille, ce qui assure l'équilibre des phases. Le coefficient de transfert de tension du suiveur est inférieur à l'unité, cependant, la bobine par rapport à la source est incluse en tant qu'autotransformateur élévateur. En conséquence, le gain total de la boucle de rétroaction devient supérieur à l'unité, fournissant un équilibre d'amplitude. Comme autre exemple, considérons un générateur réalisé selon le schéma capacitif "trois points" sur un transistor bipolaire (Fig. 50). En réalité le générateur est monté sur le transistor VT1. Son mode CC est défini par le diviseur dans le circuit de base R1R2 et la résistance de la résistance d'émetteur R3 (nous avons déjà considéré de tels circuits dans la section sur les amplificateurs). Le circuit oscillant du générateur est formé d'une inductance L1 et d'une chaîne de trois condensateurs C1-C3 connectés en série. Non seulement l'émetteur, mais également la base du transistor sont connectés aux prises du diviseur capacitif résultant. Ceci est dicté par le désir de réduire le shunt du circuit par le transistor - après tout, la résistance d'entrée d'un transistor bipolaire est relativement faible.
En pratique, les capacités des condensateurs C2 et C3, shuntant les transitions du transistor, tentent d'en choisir plus, et la capacité C1 est le minimum nécessaire à l'apparition d'oscillations. Cela améliore la stabilité de fréquence. Le reste du générateur fonctionne de la même manière. comme le précédent. La cascade sur le transistor VT2 - la soi-disant cascade tampon - sert à affaiblir l'influence des cascades suivantes sur le générateur. Le transistor est rendu conducteur par un émetteur suiveur et reçoit une polarisation directement de l'émetteur du transistor générateur VT1. De plus, la connexion est affaiblie par la résistance R4. Toutes les mesures prises permettent de ramener l'instabilité relative de fréquence du générateur décrit à une valeur aussi faible que 0,001%, alors qu'elle est d'un ordre de grandeur pire pour les générateurs LC classiques. Dans les récepteurs de radiodiffusion et de télévision, des générateurs capacitifs à trois points plus simples sont utilisés, dont un circuit typique est illustré à la Fig. 51.
Ici, le circuit L1C3 est inclus dans le circuit collecteur du transistor, la base est connectée à haute fréquence au fil commun via le condensateur C2 et la rétroaction est transmise à l'émetteur via le diviseur capacitif C4C5. La mise en conduction d'un transistor selon un circuit à base commune permet d'obtenir des fréquences de génération particulièrement élevées proches de la limite pour ce type de transistor. Le signal du générateur est prélevé sur la bobine de couplage L2. Auteur : V. Polyakov, Moscou
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