Номер 7, страница 104 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

7. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

7. Как осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

Генератор на транзисторе — это по сути усилитель, охваченный петлей положительной обратной связи (ПОС). Обратная связь осуществляется путем подачи части энергии выходного сигнала со схемы коллектора (или эмиттера) транзистора обратно на его вход (базу) через специальную цепь обратной связи. Для возникновения и поддержания незатухающих колебаний (генерации) должны выполняться два условия, известные как критерий баланса Баркгаузена.

1. Баланс фаз. Суммарный фазовый сдвиг сигнала в замкнутой петле, состоящей из усилительного каскада на транзисторе и цепи обратной связи, должен быть равен нулю или кратен $360^\circ$ ($2\pi n$, где $n$ — целое число). Усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (наиболее распространенный случай), сдвигает фазу сигнала на $180^\circ$. Следовательно, цепь обратной связи должна обеспечивать дополнительный сдвиг фазы на $180^\circ$ на частоте генерации. Это гарантирует, что сигнал, возвращающийся на вход, будет совпадать по фазе с входным сигналом (положительная обратная связь), усиливая его.

2. Баланс амплитуд. Модуль коэффициента передачи по замкнутой петле должен быть не меньше единицы. Это означает, что ослабление сигнала в цепи обратной связи должно компенсироваться его усилением в транзисторном каскаде. Математически это выражается как $|K \cdot \beta| \geq 1$, где $K$ — коэффициент усиления усилителя по напряжению, а $\beta$ — коэффициент передачи цепи обратной связи. На практике, для надежного запуска генерации, петлевой коэффициент усиления делают немного больше единицы. После запуска амплитуда колебаний нарастает до тех пор, пока из-за нелинейности характеристик транзистора усиление не уменьшится до значения, при котором $|K \cdot \beta| = 1$.

Способ осуществления обратной связи определяет тип генератора. Цепь обратной связи обычно является частотно-зависимой, что и определяет рабочую частоту генератора.

Основные способы реализации обратной связи:

• В LC-генераторах (генераторы гармонических колебаний высокой частоты): цепь обратной связи построена на основе колебательного контура, состоящего из катушек индуктивности (L) и конденсаторов (C).
  • Индуктивная обратная связь: Используется трансформаторная связь (как в генераторе Армстронга) или автотрансформаторная с помощью катушки с отводом (как в генераторе Хартли). Часть переменного напряжения с колебательного контура в коллекторной цепи индуктивно передается в базовую цепь.
  • Емкостная обратная связь: Используется емкостной делитель напряжения, включенный в колебательный контур (как в генераторе Колпитца). Напряжение, снимаемое с одного из конденсаторов делителя, подается на базу транзистора.
• В RC-генераторах (генераторы низкой частоты): цепь обратной связи построена на резисторах (R) и конденсаторах (C).
  • Фазосдвигающие цепи: Используется несколько (обычно три) последовательных RC-звеньев. Каждое звено сдвигает фазу сигнала на определенный угол, и на расчетной частоте суммарный сдвиг фаз в цепи достигает необходимых $180^\circ$ (как в RC-генераторе с фазосдвигающей цепочкой).
  • Частотно-избирательные мосты: Используется мостовая схема, например, мост Вина, который на резонансной частоте имеет нулевой сдвиг фазы и определенный коэффициент ослабления. В этом случае требуется двухкаскадный усилитель (общий сдвиг фазы $360^\circ$) или усилитель по схеме с общим коллектором (эмиттерный повторитель), не сдвигающий фазу.

Ответ: Обратная связь в генераторе на транзисторе осуществляется путем возврата части энергии выходного сигнала (с коллектора или эмиттера) на вход (базу) через внешнюю пассивную цепь (цепь обратной связи). Эта цепь должна обеспечивать выполнение условий баланса фаз (суммарный сдвиг фазы в петле $360^\circ$) и баланса амплитуд (петлевое усиление не меньше 1) на требуемой частоте генерации. В зависимости от типа генератора эта цепь строится на основе LC-колебательных контуров (например, в схемах Хартли и Колпитца) или RC-цепочек (в фазосдвигающих генераторах или схемах с мостом Вина).