Výkonný HF generátor kilovolt. Vysokofrekvenční generátor: přehled, vlastnosti, typy a charakteristiky
Vysokofrekvenční generátory jsou navrženy tak, aby produkovaly elektrické oscilace ve frekvenčním rozsahu od desítek kHz do desítek a dokonce stovek MHz. Takové generátory se zpravidla vyrábějí pomocí LC oscilačních obvodů nebo křemenných rezonátorů, což jsou prvky pro nastavení frekvence. V zásadě se tím obvody výrazně nemění, takže vysokofrekvenční LC generátory budou diskutovány níže. Všimněte si, že v případě potřeby lze oscilační obvody v některých obvodech generátoru (viz např. obr. 12.4, 12.5) snadno nahradit křemennými rezonátory.
(obr. 12.1, 12.2) jsou vyrobeny podle tradičního „induktivního tříbodového“ schématu, které se v praxi osvědčilo. Liší se přítomností RC emitorového obvodu, který nastavuje pracovní režim tranzistoru (obr. 12.2) pro stejnosměrný proud. Pro vytvoření zpětné vazby v generátoru se z tlumivky udělá odbočka (obr. 12.1, 12.2) (obvykle z 1/3...1/5 její části, počítáno od uzemněné svorky). Nestabilita vysokofrekvenčních generátorů používajících bipolární tranzistory je způsobena znatelným bočníkem samotného tranzistoru na oscilační obvod. Při změně teploty a/nebo napájecího napětí se znatelně změní vlastnosti tranzistoru, takže generační frekvence „plave“. Pro oslabení vlivu tranzistoru na pracovní frekvenci generování by mělo být spojení oscilačního obvodu s tranzistorem co nejvíce zeslabeno, čímž se sníží přechodové kapacity na minimum. Frekvence generování je navíc znatelně ovlivněna změnami odporu zátěže. Proto je extrémně nutné zapojit mezi generátor a odpor zátěže emitorový (zdrojový) sledovač.
Pro napájení generátorů by se měly používat stabilní zdroje energie s nízkým zvlněním napětí.
Nejlepší vlastnosti mají generátory vyrobené s použitím tranzistorů s efektem pole (obr. 12.3).
Sestavené podle „kapacitního tříbodového“ obvodu na bipolárních a polem řízených tranzistorech jsou znázorněny na obr. 12.4 a 12.5. V zásadě se svými vlastnostmi „indukční“ a „kapacitní“ tříbodové obvody neliší, avšak u „kapacitního tříbodového“ obvodu není potřeba dělat další vývod na induktoru.
V mnoha obvodech generátoru (obr. 12.1 - 12.5 a dalších obvodech) může být výstupní signál odebírán přímo z oscilačního obvodu přes malý kondenzátor nebo přes odpovídající indukční vazební cívku, stejně jako z elektrod aktivního prvku (tranzistoru) které nejsou uzemněny střídavým proudem. Je třeba vzít v úvahu, že dodatečné zatížení oscilačního obvodu mění jeho charakteristiky a pracovní frekvenci. Někdy je tato vlastnost využívána „nadobro“ - pro účely měření různých fyzikálních a chemických veličin, sledování technologických parametrů.
Na Obr. Obrázek 12.6 ukazuje schéma mírně upravené verze RF generátoru - „kapacitní tříbodový“. Hloubka kladné zpětné vazby a optimální podmínky pro buzení generátoru se volí pomocí kapacitních obvodových prvků.
Obvod generátoru znázorněný na Obr. 12.7, pracuje v širokém rozsahu hodnot indukčnosti cívky oscilačního obvodu (od 200 μH do 2 H) [R 7/90-68]. Takový generátor lze použít jako širokorozsahový generátor vysokofrekvenčních signálů nebo jako měřicí převodník elektrických a neelektrických veličin na frekvenci a také v obvodu měření indukčnosti.
Generátory na bázi aktivních prvků s charakteristikou proudového napětí ve tvaru písmene N (tunelové diody, lambda diody a jejich analogy) obvykle obsahují
zdroj proudu, aktivní prvek a prvek pro nastavení frekvence (LC obvod) s paralelním nebo sériovým zapojením. Na Obr. Obrázek 12.8 ukazuje obvod RF generátoru založený na prvku s charakteristikou proud-napětí ve tvaru lambda. Jeho frekvence je řízena změnou dynamické kapacity tranzistorů při změně proudu, který jimi protéká.
LED HL1 stabilizuje pracovní bod a indikuje, že generátor je zapnutý.
Generátor založený na analogu lambda diody, vyrobený na tranzistorech s efektem pole, a se stabilizací pracovního bodu analogem zenerovy diody - LED, je znázorněn na obr. 12.9. Zařízení pracuje do frekvence 1 MHz a vyšší při použití tranzistorů uvedených ve schématu.
Ma Obr. 12.10 je pro porovnání obvodů podle stupně jejich složitosti uveden praktický obvod RF generátoru na bázi tunelové diody. Jako polovodičový nízkonapěťový stabilizátor napětí je použit propustný přechod vysokofrekvenční germaniové diody. Tento generátor je potenciálně schopen pracovat na nejvyšších frekvencích - až několik GHz.
Vysokofrekvenční generátor, obvod velmi připomíná Obr. 12.7, ale vyrobený pomocí tranzistoru s efektem pole, je znázorněn na Obr. 12.11 [Rl 7/97-34].
Prototyp RC oscilátoru znázorněný na Obr. 11.18 je obvod generátoru na Obr. 12.12.
Tónový generátor se vyznačuje vysokou frekvenční stabilitou a schopností pracovat v širokém rozsahu změn parametrů frekvenčně nastavujících prvků. Pro snížení vlivu zátěže na provozní frekvenci generátoru je do obvodu zaveden další stupeň - emitorový sledovač vyrobený na bipolárním tranzistoru VT3. Generátor je schopen pracovat na frekvencích nad 150 MHz.
Mezi různými generátorovými obvody stojí za to zdůraznit zejména generátory s rázovým buzením. Jejich práce je založena na periodickém buzení oscilačního obvodu (nebo jiného rezonančního prvku) silným krátkým proudovým impulsem. V takto vybuzeném oscilačním obvodu se v důsledku „elektronického nárazu“ postupně objevují periodické sinusové kmity sinusového tvaru co do amplitudy. Tlumení kmitů v amplitudě je způsobeno nevratnými ztrátami energie v oscilačním obvodu. Rychlost doznívání kmitů je určena činitelem jakosti (kvalitou) oscilačního obvodu. Výstupní vysokofrekvenční signál bude mít stabilní amplitudu, pokud budou budící impulsy následovat s vysokou frekvencí. Tento typ generátoru je nejstarší z uvažovaných a je znám již od 19. století.
Praktické zapojení generátoru vysokofrekvenčního rázového buzení oscilací je na Obr. 12,13 [R 9/76-52; 3/77-53]. Impulsy rázového buzení jsou přiváděny do oscilačního obvodu L1C1 přes diodu VD1 z nízkofrekvenčního generátoru, například multivibrátoru nebo jiného generátoru obdélníkových vln (RPU), diskutovaného dříve v kapitolách 7 a 8. Velká výhoda rázu generátory buzení spočívá v tom, že pracují s použitím oscilačních obvodů téměř jakéhokoli typu a jakékoli rezonanční frekvence.
Dalším typem generátorů jsou generátory šumu, jejichž obvody jsou na Obr. 12.14 a 12.15.
Takové generátory jsou široce používány pro konfiguraci různých radioelektronických obvodů. Signály generované takovými zařízeními zaujímají extrémně široké frekvenční pásmo – od několika Hz do stovek MHz. Pro generování šumu se používají reverzně předpojaté spoje polovodičových součástek pracujících za okrajových podmínek lavinového průrazu. V tento den lze použít přechody tranzistorů (obr. 12.14) [Rl 2/98-37] nebo zenerových diod (obr. 12.15) [Rl 1/69-37]. Pro konfiguraci režimu, ve kterém je generované šumové napětí maximální, je provozní proud upraven pomocí aktivního napětí (obr. 12.15).
Všimněte si, že pro generování šumu můžete také použít odpory kombinované s vícestupňovými nízkofrekvenčními zesilovači, superregeneračními přijímači a dalšími prvky. Pro získání maximální amplitudy šumového napětí je obvykle nutné individuálně vybrat nejhlučnější prvek.
Pro vytvoření generátorů úzkopásmového šumu lze na výstup obvodu generátoru zařadit LC nebo RC filtr.
RadioMir 2008 č. 9
Navrhovaný RF generátor je pokusem nahradit objemný průmyslový G4-18A menším a spolehlivějším zařízením. Obvykle je při opravách a nastavování KV zařízení nutné „položit“ KV pásma pomocí LC obvodů, zkontrolovat průchod signálu po vf a mezifrekvenčních cestách, upravit jednotlivé obvody do rezonance atd. Citlivost, selektivita, dynamický rozsah a další důležité parametry VF zařízení jsou dány obvodovým návrhem, takže není nutné, aby domácí laboratoř měla multifunkční a drahý RF generátor. Pokud má generátor poměrně stabilní frekvenci s „čistou sinusovkou“, je vhodný pro radioamatéra. Samozřejmě věříme, že do arzenálu laboratoře patří také měřič frekvence, RF voltmetr a tester. Bohužel většina obvodů VF generátoru, které jsem zkoušel, produkovala velmi zkreslenou sinusovku, kterou nebylo možné zlepšit bez zbytečného zkomplikování obvodu. Jako velmi dobrý se osvědčil VF generátor, sestavený podle zapojení na obr. 1 (výsledkem byla téměř čistá sinusovka v celém KV rozsahu). Diagram je převzat jako základ z. V mém obvodu se místo úpravy obvodů varikapem používá KPI a indikační část obvodu se nepoužívá.
Obr.1 Obvod RF generátoru
Tato konstrukce využívá variabilní kondenzátor typu KPV-150 a přepínač malého rozsahu PM (11P1N). S tímto KPI (10...150 pF) a tlumivkami L2...L5 je pokryt KV rozsah 1,7...30 MHz. Jak práce na návrhu postupovaly, byly do horní a spodní části řady přidány další tři okruhy (L1, L6 a L7). Při experimentech s KPI s kapacitou až 250 pF byl celý KV rozsah pokryt třemi obvody. VF generátor je osazen na desce plošných spojů z fóliového sklolaminátu tloušťky 2 mm a velikosti 50x80 mm (obr. 2). Dráhy a montážní místa jsou vyříznuty nožem a řezačkou. Fólie kolem dílů se neodstraňuje, ale používá se místo „broušení“. Na obrázku desky s plošnými spoji nejsou pro názornost tyto části fólie znázorněny. Samozřejmě si můžete vyrobit i desku plošných spojů zobrazenou v.
Obr.2 Platit
Celá konstrukce generátoru spolu se zdrojem (samostatná deska se stabilizátorem napětí 9 V dle libovolného obvodu) je umístěna na hliníkovém šasi a umístěna v kovové skříni vhodných rozměrů. Použil jsem kazetu ze starého zařízení o rozměrech 130x150x90 mm. Přední panel zobrazuje knoflík pro přepínání rozsahů, knoflík pro nastavení KPI, malý RF konektor (50 Ohm) a LED indikátor pro zapnutí. V případě potřeby lze nainstalovat regulátor výstupní úrovně (variabilní rezistor s odporem 430...510 Ohmů) a útlumový člen s přídavným konektorem a také odstupňovanou stupnici. Jako kostry cívek obvodu byly použity unifikované sekční rámy řad MF a DV ze zastaralých rádiových přijímačů. Počet závitů každé cívky závisí na kapacitě použitého KPI a zpočátku se bere „s rezervou“. Při nastavování ("pokládání" rozsahů) generátoru se některé závity odvíjejí. Řízení se provádí pomocí frekvenčního měřiče. Induktor L7 má feritové jádro M600-3 (NN) Ш2,8x14. Obrazovky nejsou instalovány na cívkách obvodu. Data vinutí cívek, hranice dílčích rozsahů a výstupní úrovně RF generátoru jsou uvedeny v tabulce.
| №№ | Rozsah, MHz | Cívka | Počet otáček | drát (průměr, mm) | Rám, jádro | Výstupní úroveň, V |
| 1 | 80...30 | L1 | 5 | PEV-2 (1,0) | Bezrámové o průměru 6 mm. L=12 mm | 0,4...0,6 |
| 2 | 31...16 | L2 | 12 | PEV-2 (0,6) | Průměr keramiky 6 mm, L=12 mm | 1,1...1,2 |
| 3 | 18...8 | L3 | 3x15 | PEL (0,22) | Jednotný 3-sekční |
1,5...1,6 |
| 4 | 8,1...3,6 | L4 | 3x35 | PEL (0,22) | -=- | 1,7...1,9 |
| 5 | 3,8...1,7 | L5 | 3x55 | PEL (0,22) | -=- | 1,9...2,0 |
| 6 | 1,75...0,75 | L6 | 3x75 | PEL (0,22) | -=- | 1,8...2,2 |
| 7 | 1,1...0,46 | L7 | 4x90 | PEL (0,15) | Jednotný 4-sekční |
1,7...2,2 |
V obvodu generátoru lze kromě uvedených tranzistorů použít polní tranzistory KP303E(G), KP307 a bipolární RF tranzistory BF324, 25S9015, BC557 atd. Je vhodné použít importované malé blokovací kontejnery. Vazební kondenzátor C5 o kapacitě 4,7...6,8 pF - typ KM, KT, KA s nízkými vf ztrátami. Jako KPI je velmi žádoucí používat kvalitní (na kuličkových ložiskách), ale je jich nedostatek. Regulační KPI typu KPV s maximální kapacitou 80...150 pF jsou dostupnější, ale snadno se rozbijí a mají znatelnou „hysterezi“ při otáčení vpřed i vzad. Pevnou instalací, vysoce kvalitními díly a zahříváním generátoru po dobu 10...15 minut však můžete dosáhnout „poklesu“ frekvence maximálně 500 Hz za hodinu při frekvencích 20...30 MHz (při stabilní pokojová teplota). Tvar signálu a výstupní úroveň vyrobeného RF generátoru byly zkontrolovány pomocí osciloskopu S1-64A. V konečné fázi seřízení jsou všechny induktory (kromě L1, který je na jednom konci připájen k tělu) upevněny lepidlem v blízkosti přepínače rozsahu a KPI.
Literatura:
1. Krátkovlnný GIR - Rádio, 2006, č. 11, s. 72.
A. PERUTSKY, Bendery, Moldavsko.
Věnováno mladým radioamatérům...
Předmluva
Jednou vygenerovaný rádiový signál je přenášen do hlubin Vesmíru rychlostí světla... Tato věta, kterou jsem četla v časopise „Mladý technik“ v mém vzdáleném dětství, na mě velmi silně zapůsobila a už tehdy jsem pevně rozhodnuto, že rozhodně pošlu svůj signál našim „bratrům v mysli“, ať mě to stojí, co to stojí. Ale cesta od touhy ke splnění snu je dlouhá a nepředvídatelná...
Když jsem se poprvé začal věnovat rádiovému podnikání, opravdu jsem chtěl postavit přenosnou rozhlasovou stanici. Tehdy jsem si myslel, že se skládá z reproduktoru, antény a baterie. Stačí je zapojit ve správném pořadí a budete si moci povídat s přáteli, ať jsou kdekoli... Nejeden sešit jsem naplnil možnými schématy, přidal všemožné žárovky, cívky a rozvody. Dnes mě tyhle vzpomínky už jen rozesmějí, ale tehdy se mi zdálo, že ještě trochu a budu mít v rukou zázračný přístroj...
Pamatuji si svůj první vysílač. V 7. třídě jsem chodil do sportovního rozhlasového směřovacího kroužku (tzv. hony na lišku). Jednoho z krásných jarních dnů naše poslední „liška“ dala příkaz k dlouhému životu. Vedoucí kruhu mi ji bez přemýšlení podal se slovy - „...no, oprav si to tam...“. Byl jsem asi strašně hrdý a šťastný, že mi bylo svěřeno tak čestné poslání, ale moje znalosti elektroniky v té době nedosahovaly „kandidátského minima“. Věděl jsem, jak rozlišit tranzistor od diody a měl jsem přibližnou představu o tom, jak fungují odděleně, ale to, jak fungují společně, mi bylo záhadou. Když jsem dorazil domů, s úžasem jsem otevřel malou kovovou krabičku. Uvnitř se nacházela deska skládající se z multivibrátoru a RF generátoru na tranzistoru P416. Pro mě to byl vrchol designu obvodů. Nejzáhadnějším detailem tohoto zařízení byla hlavní cívka oscilátoru (3,5 MHz), navinutá na pancéřovaném jádru. Dětská zvědavost zvítězila nad zdravým rozumem a ostrý kovový šroubovák se zaryl do pancéřového pláště cívky. "Grunte," ozvalo se křupnutí a kus pancéřovaného těla cívky s žuchnutím spadl na podlahu. Zatímco padal, moje fantazie už vykreslila obrázek, jak mě zastřelil vedoucí našeho kroužku...
Tento příběh měl šťastný konec, ačkoli se to stalo o měsíc později. Nakonec jsem opravil „Lišku“, i když přesněji řečeno, vyrobil jsem ji znovu. Deska majáku z foliového getinaxu nevydržela mučení mojí 100wattovou páječkou, koleje se odlepovaly neustálým přepájením dílů... Desku jsem musel vyrobit znovu. Děkuji tátovi, že přinesl (odněkud s velkými obtížemi) alobal getinax, a mámě za drahý francouzský červený lak na nehty, kterým jsem desku nalakoval. Nové pancéřové jádro se mi nepodařilo sehnat, ale staré se mi podařilo opatrně slepit lepidlem BF... Opravený radiomaják radostně vysílal do éteru své slabé „PEEP-PEEP“, ale pro mě to bylo srovnatelné s vypuštění první umělé družice Země, která stejným přerušovaným signálem na frekvencích 20 a 40 MHz oznámila lidstvu začátek vesmírné éry. Tady je příběh...
Schéma zařízení
Na světě existuje obrovské množství generátorových obvodů schopných generovat oscilace různých frekvencí a výkonů. Typicky se jedná o poměrně složitá zařízení na bázi diod, lamp, tranzistorů nebo jiných aktivních prvků. Jejich montáž a konfigurace vyžaduje určité zkušenosti a drahé vybavení. A čím vyšší frekvence a výkon generátoru, tím složitější a dražší přístroje jsou potřeba, tím zkušenější musí být radioamatér v tomto tématu.
Ale dnes bych chtěl mluvit o poměrně výkonném RF generátoru, postaveném pouze na jednom tranzistoru. Navíc tento generátor může pracovat na frekvencích až 2 GHz a vyšších a generovat poměrně velký výkon - od jednotek až po desítky wattů, podle typu použitého tranzistoru. Charakteristickým rysem tohoto generátoru je použití symetrický dipólový rezonátor, druh otevřeného oscilačního obvodu s indukční a kapacitní vazbou. Nelekejte se tohoto názvu - rezonátor se skládá ze dvou paralelních kovových pásků umístěných v malé vzdálenosti od sebe.
Své první experimenty s generátory tohoto typu jsem provedl na počátku 21. století, kdy mi byly k dispozici výkonné RF tranzistory. Od té doby jsem se k tomuto tématu pravidelně vracel, až v polovině léta vzniklo na webu VRTP.ru téma o použití výkonného jednotranzistorového generátoru jako zdroje RF záření k rušení domácích spotřebičů (hudební centra, radiomagnetofony, televizory) usměrňováním modulovaných vysokofrekvenčních proudů v elektronických obvodech těchto zařízení. Nashromážděný materiál tvořil základ tohoto článku.
Obvod výkonného RF generátoru je poměrně jednoduchý a skládá se ze dvou hlavních bloků:
- Přímo samotný HF samooscilátor na tranzistoru;
- Modulátor je zařízení pro periodickou manipulaci (spouštění) RF generátoru se zvukovým (jakýmkoli jiným) frekvenčním signálem.
Detaily a design
„Srdcem“ našeho generátoru je vysokofrekvenční tranzistor MOSFET. Jedná se o poměrně drahý a málo používaný prvek. Lze jej zakoupit za rozumnou cenu v čínských internetových obchodech nebo jej lze nalézt ve vysokofrekvenčních rádiových zařízeních - vysokofrekvenčních zesilovačích/generátorech, konkrétně v deskách celulárních základnových stanic různých standardů. Z velké části byly tyto tranzistory vyvinuty speciálně pro tato zařízení.
Takové tranzistory se vizuálně a konstrukčně liší od těch, které znají mnozí radioamatéři z dětství. KT315 nebo MP38 a jsou to „cihly“ s plochými vývody na silném kovovém substrátu. Dodávají se v malých a velkých velikostech v závislosti na výkonu. Někdy jsou v jednom balení dva tranzistory na stejném substrátu (zdroji). Takto vypadají:
Níže uvedené pravítko vám pomůže odhadnout jejich velikost. K vytvoření oscilátoru lze použít libovolné tranzistory MOSFET. Zkoušel jsem následující tranzistory v generátoru: MRF284, MRF19125, MRF6522-70, MRF9085, BLF1820E, PTFA211801E- všechny fungují. Takto vypadají tyto tranzistory uvnitř:
Druhým nezbytným materiálem pro výrobu tohoto zařízení je měď. Potřebujete dva pruhy tohoto kovu o šířce 1-1,5 cm. a 15-20 cm dlouhé (pro frekvenci 400-500 MHz). Rezonátory mohou být vyrobeny v libovolné délce v závislosti na požadované frekvenci generátoru. Přibližně se rovná 1/4 vlnové délky.
Použil jsem měď o tloušťce 0,4 a 1 mm. Méně tenké proužky nebudou dobře držet tvar, ale v zásadě jsou také funkční. Místo mědi můžete použít mosaz. Úspěšně fungují i rezonátory z alpaky (druh mosazi). V nejjednodušší verzi mohou být rezonátory vyrobeny ze dvou kusů drátu o průměru 0,8-1,5 mm.
Kromě RF tranzistoru a mědi budete k výrobě generátoru potřebovat mikroobvod 4093 - jedná se o 4 prvky 2I-NOT se Schmittovými spouštěči na vstupu. Lze jej nahradit mikroobvodem 4011 (4 prvky 2I-NOT) nebo jeho ruský ekvivalent - K561LA7. Pro modulaci můžete použít i jiný generátor, např. namontovaný na časovač 555. Nebo můžete modulační část zcela vyloučit z obvodu a pořídit si jen RF generátor.
Jako klíčový prvek je použit kompozitní p-n-p tranzistor TIP126(můžete použít TIP125 nebo TIP127, liší se pouze maximálním povoleným napětím). Podle pasu vydrží 5A, ale velmi se zahřívá. K jeho chlazení je proto potřeba radiátor. Následně jsem použil P-kanálové tranzistory s efektem pole jako IRF4095 nebo P80PF55.
Sestavení zařízení
Zařízení lze sestavit buď na desce plošných spojů nebo povrchovou montáží při dodržení pravidel pro RF montáž. Topologie a typ mé desky jsou uvedeny níže: 
Tato deska je určena pro tranzistorový typ MRF19125 nebo PTFA211801E. Pro něj se v desce vyřízne otvor odpovídající velikosti zdroje (deska chladiče).
Jedním z důležitých aspektů montáže zařízení je zajištění odvodu tepla ze zdroje tranzistoru. Použil jsem různé radiátory, aby vyhovovaly velikosti. Pro krátkodobé experimenty takové radiátory postačují. Pro dlouhodobý provoz potřebujete radiátor dostatečně velké plochy nebo použití ventilátorového okruhu.
Zapnutí zařízení bez radiátoru je plné rychlého přehřátí tranzistoru a selhání tohoto drahého rádiového prvku.
Pro experimenty jsem vyrobil několik generátorů s různými tranzistory. Pro páskové rezonátory jsem také vyrobil přírubové úchyty, aby se daly měnit bez neustálého zahřívání tranzistoru. Níže uvedené fotografie vám pomohou pochopit podrobnosti instalace.
Spuštění zařízení
Před spuštěním generátoru musíte znovu zkontrolovat, zda jsou jeho připojení správné, abyste neskončili s poměrně drahou hromadou tranzistorů označených jako „Burnt“. 
První start je vhodné provést s kontrolou odběru proudu. Tento proud lze omezit na bezpečnou úroveň použitím odporu 2-10 Ohm v napájecím obvodu generátoru (kolektor nebo kolektor modulačního tranzistoru).
Činnost generátoru lze kontrolovat různými zařízeními: vyhledávacím přijímačem, skenerem, měřičem frekvence nebo jednoduše energeticky úspornou lampou. Vf záření o výkonu více než 3-5 W ho rozzáří.
VF proudy snadno ohřívají některé materiály, které s nimi přicházejí do styku, včetně biologických tkání. Tak Buďte opatrní, dotykem odkrytých rezonátorů se můžete popálit(zejména když generátory pracují na výkonných tranzistorech). I malý generátor na bázi tranzistoru MRF284 s výkonem jen asi 2 watty snadno popálí pokožku rukou, jak můžete vidět na tomto videu:
S určitými zkušenostmi a dostatečným výkonem generátoru můžete na konci rezonátoru zapálit tzv. „pochodeň“ je malá plazmová koule, která bude napájena vysokofrekvenční energií z generátoru. Chcete-li to provést, jednoduše přiveďte zapálenou zápalku na špičku rezonátoru.
T.N. "pochodeň" na konci rezonátoru.
Kromě toho je možné zapálit vysokofrekvenční výboj mezi rezonátory. V některých případech výboj připomíná malinkou kouli blesku pohybující se chaoticky po celé délce rezonátoru. Jak to vypadá, se můžete podívat níže. Současná spotřeba se poněkud zvyšuje a mnoho pozemních televizních kanálů „zhasne“ v celém domě))).
Aplikace zařízení
Kromě toho lze náš generátor použít ke studiu účinků RF záření na různá zařízení, domácí audio a rádiová zařízení za účelem studia jejich odolnosti proti šumu. A samozřejmě, s pomocí tohoto generátoru můžete vyslat signál do vesmíru, ale to je jiný příběh...
P.S. Tento RF samooscilátor by neměl být zaměňován s různými EMP rušičkami. Vznikají tam vysokonapěťové impulsy a naše zařízení generuje vysokofrekvenční záření.
Radioamatéři potřebují přijímat různé rádiové signály. To vyžaduje přítomnost nízkofrekvenčního a vysokofrekvenčního generátoru. Často se tento typ zařízení nazývá tranzistorový generátor kvůli jeho konstrukční vlastnosti.
Další informace. Generátor proudu je samooscilační zařízení vytvořené a používané k výrobě elektrické energie v síti nebo přeměně jednoho typu energie na jiný s danou účinností.
Samooscilační tranzistorová zařízení
Tranzistorový generátor je rozdělen do několika typů:
- podle frekvenčního rozsahu výstupního signálu;
- podle typu generovaného signálu;
- podle akčního algoritmu.
Frekvenční rozsah je obvykle rozdělen do následujících skupin:
- 30 Hz-300 kHz – nízký rozsah, označený jako nízký;
- 300 kHz-3 MHz – střední rozsah, označení střední;
- 3-300 MHz – vysoký rozsah, označení HF;
- více než 300 MHz – ultravysoký rozsah, označený jako mikrovlnka.
Takto si radioamatéři rozdělují dosahy. Pro audio frekvence využívají rozsah 16 Hz-22 kHz a také jej rozdělují na nízké, střední a vysoké skupiny. Tyto frekvence jsou přítomny v každém domácím zvukovém přijímači.
Následující rozdělení je založeno na typu výstupu signálu:
- sinusový – signál je vydáván sinusově;
- funkční – výstupní signály mají speciálně specifikovaný tvar, např. obdélníkový nebo trojúhelníkový;
- generátor šumu – na výstupu je dodržen jednotný frekvenční rozsah; rozsahy se mohou lišit v závislosti na potřebách spotřebitelů.
Tranzistorové zesilovače se liší svým operačním algoritmem:
- RC – hlavní oblast použití – nízký rozsah a zvukové frekvence;
- LC – hlavní oblast použití – vysoké frekvence;
- Blokovací oscilátor – používá se k vytváření pulzních signálů s vysokým pracovním cyklem.
Obrázek na elektrických schématech
Nejprve uvažujme získání sinusového typu signálu. Nejznámějším tranzistorovým oscilátorem tohoto typu je Colpittsův oscilátor. Jedná se o hlavní oscilátor s jednou indukčností a dvěma sériově zapojenými kondenzátory. Slouží ke generování požadovaných frekvencí. Zbývající prvky zajišťují požadovaný provozní režim tranzistoru při stejnosměrném proudu.
Další informace. Edwin Henry Colpitz byl na začátku minulého století šéfem inovací ve společnosti Western Electric. Byl průkopníkem ve vývoji zesilovačů signálu. Poprvé vyrobil radiotelefon, který umožňoval rozhovory přes Atlantik.
Hartley master oscilátor je také široce známý. Jeho montáž, stejně jako Colpittsův obvod, je poměrně jednoduchá, ale vyžaduje závitovou indukčnost. V Hartleyově obvodu jeden kondenzátor a dvě induktory zapojené do série vytvářejí generaci. Obvod také obsahuje přídavnou kapacitu pro získání kladné zpětné vazby.
Hlavní oblastí použití výše popsaných zařízení jsou střední a vysoké frekvence. Používají se k získání nosných frekvencí a také ke generování elektrických oscilací s nízkým výkonem. Přijímací zařízení domácích rozhlasových stanic také používají oscilační generátory.
Všechny uvedené aplikace netolerují nestabilní příjem. K tomu je do obvodu zaveden další prvek - křemenný rezonátor vlastních oscilací. V tomto případě se přesnost vysokofrekvenčního generátoru stává téměř standardní. Dosahuje miliontin procenta. V přijímacích zařízeních rádiových přijímačů se křemen používá výhradně ke stabilizaci příjmu.
Co se týče nízkofrekvenčních a zvukových generátorů, je zde velmi vážný problém. Pro zvýšení přesnosti ladění je zapotřebí zvýšení indukčnosti. Ale zvýšení indukčnosti vede ke zvětšení velikosti cívky, což značně ovlivňuje rozměry přijímače. Proto byl vyvinut alternativní obvod Colpittsova oscilátoru - nízkofrekvenční oscilátor Pierce. Není v něm indukčnost a místo něj je použit křemenný samokmitací rezonátor. Křemenný rezonátor navíc umožňuje odříznout horní hranici oscilací.
V takovém obvodu kapacita brání konstantní složce předpětí báze tranzistoru dosáhnout rezonátoru. Zde lze generovat signály až do 20-25 MHz včetně zvuku.
Výkon všech uvažovaných zařízení závisí na rezonančních vlastnostech systému skládajícího se z kapacit a indukčností. Z toho vyplývá, že frekvence bude určena továrními charakteristikami kondenzátorů a cívek.
Důležité! Tranzistor je prvek vyrobený z polovodiče. Má tři výstupy a je schopen řídit velký proud na výstupu z malého vstupního signálu. Síla živlů se liší. Používá se k zesílení a spínání elektrických signálů.
Další informace. Prezentace prvního tranzistoru se konala v roce 1947. Jeho derivát, tranzistor s efektem pole, se objevil v roce 1953. V roce 1956 Za vynález bipolárního tranzistoru byla udělena Nobelova cena za fyziku. V 80. letech minulého století byly elektronky zcela vytlačeny z rádiové elektroniky.
Funkční tranzistorový generátor
Funkční generátory založené na samooscilačních tranzistorech jsou vynalezeny tak, aby produkovaly metodicky se opakující pulzní signály daného tvaru. Jejich forma je určena funkcí (v důsledku toho se objevil název celé skupiny podobných generátorů).
Existují tři hlavní typy impulsů:
- obdélníkový;
- trojúhelníkový;
- pilový zub.
Multivibrátor je často uváděn jako příklad nejjednoduššího nízkofrekvenčního producenta obdélníkových signálů. Má nejjednodušší obvod pro vlastní montáž. Inženýři radioelektroniky často začínají s jeho implementací. Hlavním rysem je absence přísných požadavků na hodnocení a tvar tranzistorů. K tomu dochází v důsledku skutečnosti, že pracovní cyklus v multivibrátoru je určen kapacitami a odpory v elektrickém obvodu tranzistorů. Frekvence na multivibrátoru se pohybuje od 1 Hz do několika desítek kHz. Zde není možné uspořádat vysokofrekvenční oscilace.
K získání pilových a trojúhelníkových signálů dochází přidáním přídavného obvodu ke standardnímu obvodu s pravoúhlými impulsy na výstupu. V závislosti na vlastnostech tohoto přídavného řetězu jsou obdélníkové impulsy převedeny na trojúhelníkové nebo pilové impulsy.
Blokovací generátor
V jádru se jedná o zesilovač sestavený na bázi tranzistorů uspořádaných v jednom stupni. Oblast použití je úzká - zdroj působivých, ale v čase přechodných (trvání od tisícin do několika desítek mikrosekund) pulzních signálů s velkou indukční kladnou zpětnou vazbou. Pracovní cyklus je více než 10 a může dosáhnout několika desítek tisíc relativních hodnot. Je zde patrná vážná ostrost čel, prakticky se tvarem neliší od geometricky pravidelných obdélníků. Používají se v obrazovkách katodových zařízení (kinoskop, osciloskop).
Pulzní generátory založené na tranzistorech s efektem pole
Hlavní rozdíl mezi tranzistory s efektem pole je ten, že vstupní odpor je srovnatelný s odporem elektronek. Obvody Colpitts a Hartley lze sestavit také pomocí tranzistorů s efektem pole, pouze cívky a kondenzátory je třeba vybrat s odpovídajícími technickými charakteristikami. Jinak tranzistorové generátory s efektem pole nebudou fungovat.
Obvody, které nastavují frekvenci, podléhají stejným zákonům. Pro výrobu vysokofrekvenčních impulsů se lépe hodí konvenční zařízení sestavené pomocí tranzistorů s efektem pole. Tranzistor s efektem pole neobchází indukčnost v obvodech, takže generátory RF signálu pracují stabilněji.
Regenerátory
LC obvod generátoru lze nahradit přidáním aktivního a negativního odporu. Jedná se o regenerativní způsob získání zesilovače. Tento obvod má pozitivní zpětnou vazbu. Díky tomu jsou kompenzovány ztráty v oscilačním obvodu. Popsaný obvod se nazývá regenerovaný.
Generátor hluku
Hlavním rozdílem jsou jednotné charakteristiky nízkých a vysokých frekvencí v požadovaném rozsahu. To znamená, že amplitudová odezva všech frekvencí v tomto rozsahu se nebude lišit. Používají se především v měřicích zařízeních a ve vojenském průmyslu (zejména v leteckém a raketovém průmyslu). Kromě toho se k vnímání zvuku lidským uchem používá takzvaný „šedý“ šum.
Jednoduchý DIY zvukový generátor
Vezměme si nejjednodušší příklad - vřešťana. Potřebujete pouze čtyři prvky: filmový kondenzátor, 2 bipolární tranzistory a rezistor pro nastavení. Zátěž bude elektromagnetický emitor. K napájení zařízení stačí obyčejná 9V baterie. Činnost obvodu je jednoduchá: rezistor nastavuje předpětí na bázi tranzistoru. Zpětná vazba probíhá přes kondenzátor. Ladicí odpor mění frekvenci. Zátěž musí mít vysokou odolnost.
Se vší rozmanitostí typů, velikostí a konstrukcí uvažovaných prvků nebyly dosud vynalezeny výkonné tranzistory pro ultra vysoké frekvence. Proto se generátory na bázi samooscilačních tranzistorů používají především pro nízkofrekvenční a vysokofrekvenční rozsahy.
Video
Tato kniha pojednává o vlastnostech obvodových řešení používaných při vytváření miniaturních tranzistorových rádiových vysílacích zařízení. Odpovídající kapitoly poskytují informace o principech činnosti a vlastnostech fungování jednotlivých jednotek a kaskád, schémata zapojení a další informace potřebné pro samostatnou konstrukci jednoduchých rádiových vysílačů a rádiových mikrofonů. Samostatná kapitola je věnována úvahám o praktických návrzích tranzistorových mikrovysílačů pro komunikační systémy krátkého dosahu.
Kniha je určena začínajícím radioamatérům, kteří se zajímají o vlastnosti obvodových řešení jednotek a kaskád miniaturních tranzistorových rádiových vysílacích zařízení.
V dříve diskutovaných obvodových řešeních pro LC generátory byl jako aktivní prvek použit bipolární tranzistor. Při vývoji miniaturních rádiových vysílačů a rádiových mikrofonů se však široce používají obvody aktivních prvků vyrobené na tranzistorech s efektem pole. Hlavní výhodou tranzistorů s efektem pole, často nazývaných kanálové nebo unipolární, je jejich vysoký vstupní odpor, srovnatelný se vstupním odporem elektronek. Zvláštní skupinu tvoří tranzistory s efektem pole s izolovaným hradlem.
Pro střídavý proud může být polem řízený tranzistor aktivního prvku vysokofrekvenčního generátoru zapojen se společným zdrojem, se společným hradlem nebo se společným kolektorem. Při vývoji mikrotransmiterů se častěji používají obvodová řešení, ve kterých je střídavý tranzistor s efektem pole zapojen do obvodu se společným kolektorem. Tento připojovací obvod pro tranzistor s efektem pole je podobný připojovacímu obvodu se společným kolektorem pro bipolární tranzistor. U aktivního prvku z tranzistoru s efektem pole zapojeného do obvodu se společným kolektorem je zátěž připojena ke zdrojovému obvodu tranzistoru a výstupní napětí je ze zdroje odstraněno ve vztahu ke sběrnici šasi.
Napěťové zesílení takového stupně, často nazývaného sledovač zdroje, se blíží jednotce, to znamená, že výstupní napětí je téměř stejné jako vstupní napětí. V tomto případě nedochází k žádnému fázovému posunu mezi vstupním a výstupním signálem. Zdrojové sledovače se vyznačují relativně nízkou vstupní impedancí s vysokou vstupní impedancí. Navíc se takové stupně vyznačují nízkou vstupní kapacitou, což vede ke zvýšení vstupního odporu při vysokých frekvencích.
Jedním z klasifikačních kritérií pro LC generátory založené na tranzistorech s efektem pole, stejně jako generátory založené na bipolárních tranzistorech, je návrh obvodu s kladnou zpětnou vazbou. V závislosti na použitém schématu zapojení PIC se tyto generátory dělí na generátory s indukční vazbou, kapacitní vazbou a tříbodové generátory (tzv. tříbodové). U generátorů s indukční vazbou je obvod kladné zpětné vazby mezi vstupní a výstupní elektrodou tranzistoru tvořen indukční vazbou a u generátorů s kapacitní vazbou kapacitní vazbou. U tříbodových RF generátorů, které se zase dělí na indukční a kapacitní tříbodové, je rezonanční obvod spojen s aktivním prvkem ve třech bodech.
Je třeba si uvědomit, že při vývoji vysokofrekvenčních generátorů pro miniaturní rádiová vysílací zařízení jsou obzvláště populární obvodová řešení s tranzistory s efektem pole na základě použití indukčního tříbodu (obvod Hartley). Faktem je, že při vysokých frekvencích je komplexní vstupní odpor tranzistoru s efektem pole velký. Tranzistor tedy rezonanční obvod prakticky neposouvá, to znamená, že nemá žádný vliv na jeho parametry. Schematické schéma jedné z variant vysokofrekvenčního LC generátoru, vyrobeného podle Hartleyho obvodu na tranzistoru s efektem pole zapojeného přes střídavý proud podle obvodu se společným kolektorem, je na Obr. 3.10.
Rýže. 3.10. Schematické schéma LC oscilátoru založeného na tranzistoru s efektem pole podle Hartleyho obvodu
V uvažovaném zapojení je aktivní prvek LC generátoru tvořen tranzistorem VT1 s řízeným polem, který je zapojen podle střídavého proudu podle obvodu sledovače zdroje, tedy se společným kolektorem. Sběrná elektroda tranzistoru je připojena ke sběrnici pouzdra přes kondenzátor C2. Rezonanční obvod je tvořen paralelně zapojeným ladicím kondenzátorem C1 a tlumivkou L1, jejichž parametry určují frekvenci generovaných kmitů. Tento obvod je připojen k obvodu hradla tranzistoru VT1 s efektem pole.
Kmity, které vznikají v rezonančním obvodu, jsou přiváděny na hradlo tranzistoru VT1. S kladnou půlvlnou vstupního signálu je na bránu přivedeno odpovídající kladné napětí, v důsledku čehož se zvyšuje vodivost kanálu a zvyšuje se odvodňovací proud. Při záporné půlvlně kmitání je na bránu přiváděno odpovídající záporné napětí, v důsledku čehož se vodivost kanálu snižuje a odtokový proud klesá. Napětí odebírané ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 je přiváděno do rezonančního obvodu, a to na výstup cívky L1, která je vůči zdroji tranzistoru zapojena podle obvodu stupňovitého autotransformátoru. Toto zahrnutí umožňuje zvýšit koeficient přenosu kladného zpětnovazebního obvodu na požadovanou úroveň, to znamená, že zajišťuje shodu s podmínkou amplitudové rovnováhy. Splnění podmínky fázové rovnováhy je zajištěno sepnutím tranzistoru VT1 podle obvodu se společným odběrem.
Dodržení podmínek amplitudového vyvážení a fázové rovnováhy vede ke vzniku stabilních oscilací na rezonanční frekvenci oscilačního obvodu. V tomto případě lze frekvenci generovaného signálu měnit pomocí ladícího kondenzátoru C1 oscilačního obvodu. Výstupní signál generovaný generátorem je odstraněn ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 s efektem pole.
Při návrhu vysokofrekvenčních generátorů pro mikrovysílače se často používají obvodová řešení s tranzistory s efektem pole na základě použití kapacitního tříbodového (Colpittsův obvod). Schematické schéma jedné z variant vysokofrekvenčního LC generátoru, vyrobeného podle Colpittsova obvodu na tranzistoru s efektem pole připojeného přes střídavý proud podle obvodu se společným kolektorem, je na Obr. 3.11.
Rýže. 3.11. Schematické schéma LC generátoru založeného na tranzistoru s efektem pole podle Colpittsova obvodu
Aktivním prvkem tohoto LC generátoru je polní tranzistor VT1, který je zapojen na střídavý proud podle obvodu se společným kolektorem. V tomto případě je kolektorová elektroda tranzistoru uzavřena ke sběrnici pouzdra přes kondenzátor C5. Paralelní rezonanční obvod je tvořen tlumivkou L1 a kondenzátory C1 - C4, jejichž parametry určují frekvenci generovaných kmitů. Tento obvod je součástí hradlového obvodu tranzistoru s efektem pole.
Kmity, které vznikají v rezonančním obvodu, jsou přiváděny na hradlo tranzistoru VT1. Napětí odebrané ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 je přivedeno přes zpětnovazební obvod do rezonančního obvodu, a to do místa připojení kondenzátorů C3 a C4, tvořících kapacitní dělič. Výběr vhodných hodnot kapacit kondenzátorů C3 a C4, jakož i požadovaného poměru těchto hodnot, umožňuje zvolit úroveň přenosového koeficientu obvodu kladné zpětné vazby, který zajišťuje soulad s podmínkou amplitudové rovnováhy. Splnění podmínky fázové rovnováhy je zajištěno sepnutím tranzistoru VT1 podle obvodu se společným odběrem.
Dodržení podmínek amplitudového vyvážení a fázového vyvážení zajišťuje vznik stabilních kmitů na rezonanční frekvenci oscilačního obvodu. V tomto případě lze frekvenci generovaného signálu měnit pomocí kondenzátoru C2 (hrubé ladění) a kondenzátoru C1 (jemné ladění). Ze zdrojové elektrody tranzistoru VT1 s efektem pole je odstraněn výstupní signál o frekvenci asi 5 MHz, generovaný generátorem.
