Номер 7, страница 18 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

7. Каким образом осуществляется обратная связь в генераторе на транзисторе?

Обратная связь в генераторе на транзисторе — это процесс возврата части энергии или сигнала с выхода усилительного элемента (транзистора) на его вход для поддержания незатухающих электрических колебаний. Для того чтобы схема работала как генератор, обратная связь должна быть положительной.

Принцип работы генератора описывается условиями самовозбуждения (критерием Баркгаузена), которые должны выполняться на определенной частоте:

1. Баланс фаз: Суммарный сдвиг фаз сигнала в замкнутом контуре, состоящем из усилителя и цепи обратной связи, должен быть равен нулю или целому числу, умноженному на $360^\circ$ ($2\pi$ радиан). Это означает, что сигнал, возвращаемый на вход, должен совпадать по фазе с исходным входным сигналом, чтобы усиливать его. Математически: $\Delta\phi_{усилителя} + \Delta\phi_{ОС} = 2\pi n$, где $n = 0, 1, 2, ...$

2. Баланс амплитуд: Коэффициент усиления по напряжению для замкнутого контура обратной связи должен быть больше или равен единице. Это значит, что усиление, вносимое транзистором, должно компенсировать (или превышать) затухание сигнала в цепи обратной связи. Математически: $K \cdot \beta \ge 1$, где $\text{K}$ — коэффициент усиления каскада на транзисторе, а $\beta$ — коэффициент передачи цепи обратной связи.

На практике обратная связь осуществляется несколькими способами, в зависимости от типа генератора:

1. Индуктивная обратная связь

В этом случае связь между выходной цепью (коллектора) и входной цепью (базы) осуществляется через магнитное поле. Существует два основных варианта:

• Трансформаторная связь: Используется трансформатор, первичная обмотка которого включена в коллекторную цепь, а вторичная — в базовую. Переменный ток в коллекторной цепи создает переменное магнитное поле, которое наводит ЭДС во вторичной обмотке. Эта ЭДС и является напряжением обратной связи. Фаза сигнала зависит от того, как подключены обмотки. Для положительной обратной связи обмотки включают синфазно. (Пример: генератор Армстронга).
• Автотрансформаторная связь: Используется катушка индуктивности с отводом. Вся катушка или ее часть является элементом колебательного контура. Сигнал снимается с части витков катушки и подается на вход транзистора. (Пример: генератор Хартли).

2. Емкостная обратная связь

Здесь для создания цепи обратной связи используется емкостный делитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов, которые вместе с катушкой индуктивности образуют колебательный контур. Напряжение обратной связи снимается с одного из конденсаторов и подается на вход транзистора. Такая схема называется емкостной трехточечной схемой. (Пример: генератор Колпитца).

3. Резистивно-емкостная (RC) обратная связь

Этот метод применяется в генераторах синусоидальных колебаний низких частот. Цепь обратной связи строится на основе резисторов и конденсаторов. Частотно-зависимая RC-цепь обеспечивает необходимый сдвиг фазы для выполнения условия баланса фаз. Например, в схеме с общим эмиттером сам транзистор сдвигает фазу на $180^\circ$. Цепь обратной связи, состоящая, например, из трех RC-звеньев, подбирается так, чтобы на частоте генерации она также вносила сдвиг фазы $180^\circ$. В итоге суммарный сдвиг в контуре составляет $180^\circ + 180^\circ = 360^\circ$, что и требуется для положительной обратной связи. (Примеры: RC-генератор с фазосдвигающей цепью, генератор на мосте Вина).

Ответ: Обратная связь в генераторе на транзисторе осуществляется путем передачи части энергии с его выходной цепи (например, коллекторной) обратно на входную (базовую). Эта связь должна быть положительной, то есть возвращаемый сигнал должен совпадать по фазе с входным и иметь достаточную амплитуду для компенсации потерь. Реализуется это с помощью внешних пассивных цепей: индуктивно (через трансформатор или катушку с отводом), емкостно (через емкостный делитель) или с помощью резистивно-емкостных цепей, которые обеспечивают необходимый фазовый сдвиг и передачу сигнала на определенной частоте.