Рис. 114. Для получения автоколебаний необходимо выполнить два условия, условие фаз и условие связи (Рис. 110-113 см. на цветной вклейке между стр 288-289).

НО ввести некое автоматическое устройство, которое все время регулировало бы степень положительной обратной связи.

Подобная задача уже возникала перед нами, когда мы создавали систему автоматической стабилизации режима транзисторного усилителя. Уже тогда мы отметили, какую большую роль играет в электронной аппаратуре малая автоматизация. Еще одни пример простейшей схемы авторегулировки мы встречаем в генераторе незатухающих колебаний, например, в виде схемы, постепенно запирающей транзистор, с увеличением управляющего сигнала.

Итак, для того чтобы усилитель превратился в генератор и давал незатухающие электрические колебания, нужно выполнить два условия. Их обычно называют условием фаз и условием связи (рис. 114). Выполнить условие фаз-это значит подать из выходной цепи во входную сигнал именно в такой фазе, чтобы он компенсировал потери энергии. Проще говоря, в автогенераторе обратная связь должна быть положительной. Выполнить условие связи - значит подать из выходной цепи во входную сигнал настолько мощный, чтобы он полностью компенсировал все потери энергии во входной цепи. 306

Как мы только что видели по цепи обратной связи, энергию нужно передавать даже с некоторым избытком, в расчете на то, что система авторегулировки сама будет поддерживать нужный уровень поступающего во входную цепь сигнала.

Схема, которую мы до сих пор рассматривали, называется схемой с трансформаторной обратной связью: контурная катушка Lk и катушка обратной связи Lqc образуют своего рода трансформатор. Условие фаз в этой схеме выполняется только при определенном включении выводов катушек. И если генератор, собранный по трансформаторной схеме, почему-либо не работает, то прежде всего стоит предположить, что катушки включены неверно и условие фаз не выполняется - обратная связь получается не положительной, а отрицательной. В этом случае нужно поменять местами выводы одной из двух катушек и повернуть таким образом фазу напряжения, поступающего на вход генератора, на 180°. Если не выполняется условие связи, то следует сблизить катушки или увеличить число витков катушки Loc-

Кроме генератора с трансформаторной обратной связью, существуют еще две схемы автогенераторов с колебательным контуром (очень скоро мы познакомимся с генераторами, в которых контура нет). Это так называемые трехточечные схемы (рис. 115) с емкостной или же с индуктивной обратной связью. Трехточечные схемы получили такое название потому, что в них транзистор подключается к контуру в трех точках и напряжение (/ос обратной связи снимается с некоторой части самого контура. В индуктивной трехточечной схеме Uoc снимается с части катушки Lk, а в емкостной схеме - с конденсатора Ск, который вместе с Ск входит в контур. Общая емкость контура в этом случае определяется двумя последовательно соединенными конденсаторами (Воспоминание № 14).

Условие фаз в обеих схемах выполняется только при таком подключении контура к транзистору, когда в центре оказывается эмиттер, а по краям - коллектор и база. Если не выполняется условие связи, то в индуктивной схеме нужно несколько переместить среднюю точку подключения к контуру с таким расчетом, чтобы между базой и эмиттером оказалось большее число витков. При этом увеличится и напряжение обратной связи Uoo- В емкостной схеме в подобном случае нужно уменьшить емкость конденсатора Ск, с которого снимается напряжение Uoc, так как этот конденсатор вместе с С образует своего рода делитель напряжения. Чем меньше С1,

Рис. 115. Частота автоколебаний определяется параметрами электрической цепи, в частности индуктивностью и емкостью контура.

тем больше его емкостное сопротивление (Воспоминание № 13), тем большая часть контурного напряжения оказывается напряжением обратной связи.

Частота колебаний автогенератора во всех случаях определяется данными деталей контура ЬСк- Оговорка «в основном» необходима потому, что в контур входят еще и невидимые индуктивности, емкости и сопротивления. И прежде всего емкости коллекторного и эмиттерного переходов. Они суммируются с параметрами самого контура и таким образом влияют на частоту. В случае необходимости можно довольно просто изменить частоту колебаний, изменив для этого Lk или Ск (рис. 115).

Автогенератор с колебательным контуром при правильном выборе режима транзистора дает напряжение, довольно близкое к синусоидальному. Однако синусоидальное напряжение можно получить и без контура - в так называемом /?С-гене-раторе. В самом упрощенном виде принцип действия этого генератора можно описать так: в нем создана цепь обратной связи, по которой проходят колебания разных частот, но тольмо 308

Рис. 116 В RC - генераторе для выполнения условия фаз используются фазоврашаюшие цепочки из конденсаторов и резисторов.

для одной из них выполняется условие фаз, и именно на этой частоте происходит самовозбуждение (рис. 116).

В цепь обратной связи генератора входят три цепочки, каждая из которых включает резистор и конденсатор. Отсюда и само название /?С-генератор. Мы уже знаем, что конденсатор создает сдвиг фаз между током и напряжением (Воспоминание № 13), а резистор никакого сдвига фаз не создает. Вместе они сдвигают фазу на некоторый угол ф, который лежит в пределах между О и 90°. Угол сдвига фаз зависит от двух факторов - от соотношения между /? и С и от частоты (Воспоминание № 16). С увеличением частоты, например, емкостное сопротивление Хс уменьшается, его роль в общей последовательной цепи становится менее ощутимой, и угол сдвига фаз также становится меньше. На более низких частотах конденсатор становится главным действующим лицом, и угол сдвига фаз приближается к 90°.

Всегда существует такая частота, на которой угол сдвига фаз между током и напряжением, а значит, между напряжением, подводимым к /?С-цепочке, и напряжением, которое с нее яснимается, равен 60°. Если соединить последовательно три

такие цепочки, то онн создадут на какой-то одной частоте (обратите внимание - только на одной определенной частоте!) общий угол сдвига фаз 180°. Именно на этой частоте в RC-re-нераторе будет выполняться условие фаз, и именно эту частоту он будет генерировать. Если нужно изменить частоту генерации, то достаточно изменить данные /?С-цепочек. При уменьшении сопротивления R и емкости С условие фаз будет выполняться для более высокой частоты, а при их увеличении - для более низкой.

Теперь настал момент несколько отвлечься от основной темы и выполнить данное в конце предыдущего раздела обещание: объяснить, как возникает самовозбуждение в усилителе низкой частоты.

В усилителе НЧ всегда существует обратная связь. Это может быть отрицательная обратная связь, которую мы вводи.м для уменьшения искажений. Это может быть и неизвестно какая обратная связь, которая появляется неизвестно каким путем - через источники питания, через общие цепи смещения, через внутренние сопротивления транзисторов и т. д. Вполне вероятно, что для какой-то частоты, а может быть, и для целой группы частот, элементы обратной связи создадут такой сдвиг фаз, что она окажется положительной. А если еще при этом будет выполняться необходимое для самовозбуждения условие фаз, то усилитель, естественно, превратится в ре-нератор.

Устранить самовозбуждение усилителя можно, например, так: нужно добиться, чтобы в нем не выполнялось условие связи. А для этого, в свою очередь, нужно снизить усиление одного или нескольких каскадов, уменьшив, например, у них сопротивления нагрузки. Правда, такой способ борьбы с самовозбуждением трудно признать удачным, и, прежде чем прибегать к этой крайней мере, стоит поискать другие пути. Например, ввести дополнительные развязывающие фильтры; зашунтировать батарею конденсатором большой емкости; отсоединить цепи отрицательной обратной связи или, по крайней мере, изменить данные их деталей; поочередно замыкать выходные цепи транзисторов конденсаторами сравнительно небольшой емкости, по нескольку тысяч пикофарад; пробовать увеличить емкость переходных конденсаторов, и др.

Генерация может возникать и в усилителе ВЧ, причем здесь для выполнения обоих условий самовозбуждения не так уж много надо. Сигнал нужной фазы и.нужного уровня может, например, попадать из выходной цепи во входную через какую-нибудь паразитную емкость, образованную двумя близко расположенными проводами. Или через общее магнитное 310

поле двух неудачно расположенных катушек. К сожалению, генерация в усилителе ВЧ не всегда проявляет Себя в виде специфического «писка». Может так случиться, что усилитель ВЧ возбуждается, на слух это не обнаруживается, а приемник в результате такого самовозбуждения не работает. Чтобы найти и устранить самовозбуждение усилителя ВЧ, нужно попробовать уменьщить усиление каскадов, а может быть, временно даже отключить один из них.

Устранение паразитного самовозбуждения усилителя во всех случаях -дело не простое и кропотливое. Оно требует терпения и, самое главное, понимания физических процессов, с которыми связано превращение усилителя в генератор.

Существует целый ряд генераторов, которые дают колебания не синусоидальной, а сложной формы, например прямоугольные импульсы, пилообразное напряжение, прерывистые, как бы модулированные колебания и т. п. Несмотря на изменение формы тока, принцип действия всех генераторов остается неизменным: положительная обратная связь приводит к тому, что электрические колебания, используя энергию коллекторной батареи, сами себя поддерживают, создают непрерывный процесс, в результате которого меняется коллекторный ток транзистора.

Один из весьма популярных генераторов колебаний сложной формы - это мультивибратор. Само его название, переведенное на русский язык, означает «генератор, создающий много разных колебаний». В распространенной схеме мультивибратора работают два транзистора, причем выход одного из них связан со входом другого (рис. 117). Это приводит к тому, что транзисторы поочередно открываются и запираются: если один из них запирается, то он отпирает своего запертого соседа, а тот, в свою очередь, открывшись, запирает своего избавителя, открываясь при этом сам. Процесс этот происходит непрерывно, чем-то напоминая перебрасывание мяча через волейбольную сетку (слова «отпирается» и «запирается» применительно к транзистору, как всегда, означают пропускание коллекторного тока под действием «минуса» на базе и прекращение этого тока под действием «плюса»). Частота колебаний, которые дает мультивибратор, зависит от того, на-с<солько быстро происходит заряд и разряд конденсаторов С и С. Изменяя емкость этих конденсаторов, а также сопротивление резисторов R6 и Rts, через которые происходит заряд и разряд конденсаторов, можно в довольно широких пределах менять частоту колебаний.