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 передачи части энергии сигнала с выхода усилительного каскада (например, из цепи коллектора) обратно на его вход (например, в цепь базы). Этот процесс является ключевым для преобразования усилителя в генератор, то есть в устройство, способное самостоятельно генерировать незатухающие электрические колебания.

Для возникновения и поддержания колебаний обратная связь должна быть положительной. Это означает, что возвращаемый на вход сигнал должен совпадать по фазе с уже существующим там сигналом, усиливая его. Выполнение этого условия описывается критерием баланса фаз и амплитуд Баркгаузена:

1. Баланс амплитуд: Модуль произведения коэффициента усиления транзисторного каскада $\text{K}$ на коэффициент передачи цепи обратной связи $\beta$ должен быть больше или равен единице: $|K \cdot \beta| \ge 1$. Это необходимо, чтобы сигнал, прошедший по петле обратной связи, не затухал, а компенсировал все потери энергии в контуре.

2. Баланс фаз: Суммарный фазовый сдвиг сигнала в замкнутой петле обратной связи должен быть равен нулю или кратен $360^\circ$ ($2\pi$ радиан). Транзисторный усилитель, собранный по схеме с общим эмиттером (наиболее распространенный вариант), сам по себе сдвигает фазу сигнала на $180^\circ$. Следовательно, цепь обратной связи должна вносить дополнительный фазовый сдвиг, равный $180^\circ$, чтобы общий сдвиг составил $360^\circ$.

Способы осуществления обратной связи различаются в зависимости от конструкции генератора:

Индуктивная обратная связь (трансформаторная)
В этом случае используется катушка связи, индуктивно связанная с катушкой колебательного контура. Колебательный LC-контур обычно находится в коллекторной (выходной) цепи транзистора. Катушка связи подключается к базовой (входной) цепи. Часть энергии электромагнитного поля контура наводит ЭДС в катушке связи, и сигнал поступает на вход. Необходимый сдвиг фазы на $180^\circ$ достигается правильным направлением намотки и подключением выводов катушки связи. Разновидностью является автотрансформаторная связь, где используется одна катушка с отводом (например, в генераторе Хартли).

Емкостная обратная связь
Здесь используется емкостной делитель напряжения, состоящий из двух конденсаторов, включенных последовательно. Этот делитель является частью колебательного контура. Общая точка соединения конденсаторов подключается к эмиттеру (или общему проводу), один крайний вывод — к коллектору, а другой — к базе. Напряжение обратной связи снимается с одного из конденсаторов и подается на вход транзистора. Такая схема, называемая трехточечной, обеспечивает необходимый фазовый сдвиг. Классическим примером является генератор Колпитца.

Обратная связь через RC-цепи
Этот способ применяется в основном в генераторах низких (звуковых) частот, где использование LC-контуров непрактично из-за больших размеров катушек. Для создания фазового сдвига в $180^\circ$ используется цепочка из нескольких (обычно трех) RC-фильтров. На определенной частоте суммарный сдвиг фазы такой цепи достигает $180^\circ$, что и обеспечивает условие баланса фаз. Примером служит RC-генератор с фазосдвигающей цепью.

Ответ: Обратная связь в генераторе на транзисторе осуществляется путем создания специальной цепи, которая передает часть энергии выходного сигнала (из коллекторной или эмиттерной цепи) обратно на вход (в базовую цепь). Эта цепь должна обеспечивать положительную обратную связь, то есть сдвигать фазу сигнала таким образом, чтобы общий фазовый сдвиг в петле "усилитель-цепь обратной связи" был кратен $360^\circ$, и компенсировать потери энергии в контуре. В зависимости от типа генератора, это реализуется с помощью индуктивной (трансформаторной) связи, емкостного делителя напряжения или резистивно-емкостных (RC) фазосдвигающих цепей.