Синхронизированный автогенератор Советский патент 1992 года по МПК H03L7/24 

Изобретение Относится к радиотехнике и может быть использовано при построении автогенераторов - усилителей мощности, синхронизированных гармоническим радиочастотным сигналом, в качестве мощного источника высокостабильных радиочастотных колебаний устройств генераторной и передающей техники.

Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия при высоком коэффициенте усиления автогенераторного каскада по мощности.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого синхронизированного автогенератора.

Синхронизированный автогенератор содержит автогенератор на составном транзисторе со структурой типа общий исток - общий змиттер (ОИ-ОЭ) из входного полевого и выходного биполярного транзисторов 1 и 2, цепь смещения выходного

биполярного транзистора 2 на транзисторном управляющем элементе в виде полено- го транзистора 3 и последовательно с ним включенного источника 4 напряжения смещения, источник 5 питания, блокировочные конденсаторы 6,7, блокировочный дроссель 8, резисторы 9-11 цепи смещения составного транзистора, конденсатор 12, резисторы 13-15 цепи смещения транзисторного управляющего элемента на полевом транзисторе 3. выходную цепь, например, нагрузочный LC-контур, подключенный в трех точках к соответствующим электродам составного транзистора и состоящий из катушки 16 индуктивности и конденсаторов 17,18,19, разделительный конденсатор 20. нагрузку21, разъем 22 синхровхода для подачи синхросигнала от опорного генератора 23.

Синхронизированный автогенератор работает следующим образом

XI J 00

го сл го

Эффективная и энергетически выгодная работа составного транзистора в преимущественно используемом в усилителях мощности генераторном режиме (для которого характерны большой уровень сигнала и отсечка выходного тока активного прибора), и следовательно, собственно автогенерация радиочастотных колебаний в каскаде автогенератора на составном транзисторе в расчетном режиме с высоки коэффициентом полезного действия, возможны только в случае нормального функционирозания режимной цепи составного транзистора с использованным в ней режимным элементом (транзистор 3), а именно режимная цепь составного транзистора предназначена для быстрого рассасывания объемного заряда неосновных носителей из слоя базы (т.е. для создания пути протекания запирающего тока базы) выходного транзистора 2 структуры составного транзистора во время действия на входе составного транзистора запирающей полуволны напряжения возбуждения, поступающего на затвор транзистора 1 и вход составного транзистора по цепи положительной обратной связи. Для рассасывания носителей заряда точно с приходом на вход составного транзистора запирающей полуволны напряжения возбуждения на режимный элемент (на вход транзистора 3) структуры составного транзистора должно поступать отпирающее транзистор 3 напряжение, в результате чего, открывшись, транзистор 3 должен быстро пропустить запирающий ток базы (ток рассасывания заряда из слоя базы) выходного транзистора 2, обеспечивая своевременное запирание транзистора 2 и составного транзистора в целом. Во время же действия на входе составного транзистора отпирающей полуволны напряжения возбуждения режимный элемент (транзистор 3) должен запираться (подзапираться.), чтобы не происходило заметного шунтирования режимной цепью входной цепи транзистора 2 и составного транзистора в целом.

В случае невыполнения этих условий работа транзистора 2 составного транзистора нарушается, что проявляется в снижении быстродействия, задержке процессов в цепях каскада, резком искажении коси- нусоидальности формы импульса выходного тока, существенном росте величины постоянной составляющей этого тока, резком снижении КПД, падении веса первой гармоники в общем импульсном токе, а поскольку здесь речь идет о каскаде автогенератора на составном транзисторе, то и в невозможности самовозбуждения (из-за нарушения баланса амплитуд) и нормальной

работы каскада на требуемой частоте авто- генерации.

Таким образом, управляющий электрод активного режимного элемента (затвор

транзистора 3) является исключительно чувствительным звеном каскада. Следовательно, подаваемый на указанный электрод Синхросигнал, который в этом случае является управляющим сигналом транзистора 3

как режимного управляющего элемента, может существенно и эффективно влиять на протекающие в каскаде процессы мягкого самовозбуждения и автогенерации радиочастотных колебаний.

Кроме того, для эффективного управления режимным элементом (транзистором 3) требуется крайне малая мощность не только по сравнению с выходной мощностью автогенератора, но и даже по сравнению с мощностью возбуждения (входной мощностью) собственно составного транзистора, подаваемой по цепи положительной обратной связи на его вход (затвор транзистора 1). Это объясняется тем, что транзисторный

управляющий (он же и режимный) элемент (транзистор 3) в принципе работает при значительно меньших уровнях мощности переменного сигнала, нежели основные транзисторы 1 и 2 структуры составного

транзистора, что обусловлено специфичностью выполняемых им функций, основной из которых с точки зрения обеспечения работоспособности каскада на составном транзисторе является создание цепи для

протекания всего лишь запирающего тока базы транзистора 2 (тока рассасывания из базы объемного заряда неосновных носителей).

При предлагаемом схемном решении

каскада и выбранном месте подключения опорного генератора и ввода синхросигнала эффективная синхронизация каскада на составном транзисторе возможна при крайне малых уровнях мощности синхросигнала

(по сравнению с выходной мощностью автогенератора), что приводит к существенному повышению в устройстве достижимых значений коэффициента усиления мощности. Сложный активный прибор в виде составного транзистора может эффективно работать в режиме большого сигнала с отсечкой выходного тока (т.е. в тех условиях, в которых он работает в мощных радиочастотных генераторах) только при условии

наличия и работы совместно с ним дополнительной режимной цепи разряда объемного заряда неосновных носителей из слоя базы выходного в структуре составного транзистора биполярного транзистора 2

(например, эта цепь состоит из режимного

транзистора 3 и обеспечивающего его работу источника А питания). Режимный элемент (транзистор 3) в установившемся режиме автогенерации работает в противофазе с основными транзисторами 1 и 2, составляющими структуру составного транзистора. В момент прихода на входные зажимы по цепи положительной обратной связи каскада запирающей полуволну напряжения возбуждения (т.е. при запирании входного транзистора 1) элемент режимной цепи (транзистор 3) открывается и обеспечивает низкоомный путь для протекания запирающего тока базы выходного транзистора 2. т.е. обеспечивает рассасывание из слоя базы транзистора 2 объемного заряда неосновных носителей (по знаку для транзистора 2 отпирающего), накопленного за время действия отпирающей для составного транзистора полуволны напряжения возбуждения.

Если режимная цепь разряда базы (цепь рассасывания объемного заряда неосновных носителей) отсутствует, или по какой-либо причине не выполняет свои функции, то при действии на входе состав- -ного транзистора запирающей полуволны напряжения возбуждения и запирании входного транзистора 1 в цепи базы выходного транзистора 2 резко возрастает сопротивление. В результате этого на указанном временном интервале резко ухудшаются условия рассасывания объемного заряда неосновных носителей из слоя, базы транзистора 2 (по знаку для транзистора 2 отпирающего) и транзистор 2 во время действия на входе составного транзистора запирающей полуволны напряжения возбуждения (имея как бы свободную или оторванную базу) не закрывается. Вследствие этого снижаются усилительные свойства составного транзистора, в выходном его токе возрастает доля постоянной составляющей и падает доля первой гармоники, что резко снижает коэффициент полезного действия. В реальных каскадах автогенераторов на составных транзисторах это приводит к невозможности возникновения автогенерации .(само возбуждения) в расчетном режиме вследствие невыполнения амплитудного условия мягкого самовозбуждения.

Поскольку в автогенераторе синхросигнал подается в цепь управления режимным элементом, последний управляется и работает на частоте опорного генератора - источника синхросигнала. Только на этой частоте режимная цепь выполняет свои функции, обеспечивая нормальное рассасывание заряда из слоя базы транзистора 2 при запирании составного транзистора, в

результате чего усилительные свойства составного транзистора сохраняются высокими, амплитуда первой гармоники выходного тока имеет расчетную величину и амплитудноеусловие самовозбуждения в автогенераторе надежно выполняется. Таким образом, каскад автогенератора мягко возбуждается, обеспечивая автогенерацию колебаний с частотой, определяемой синхросигналом, а

0 также повышенный коэффициент полезного действия.

На других частотах, отличных от частоты, задаваемой опорным генератором, автогенерация не возникает, поскольку в этом

5 случае режимный элемент (транзистор 3) работает не в такт с основными транзисторами 1 и 2 и условия рассасывания объемного заряда из слоя базы транзистора 2 нарушаются, вследствие чего амплиудное условие

0 самовозбуждения не выполняется.

Таким образом, контроль, т.е. синхронизация собственных колебаний автогенератора синхросигналом с частотой опорного генератора, осуществляется не только за

5 счет прохождения синхросигнала в колебательную систему устройства через вход транзистора 2 как части используемого сложного активного элемента, т.е. составного транзистора, но и за счет эффективного

0 влияния режимного элемента в видетранзи- стора 3 (т.е. транзисторного управляющего элемента) на выполнение амплитудного условия самовозбуждения. Сочетание и совместное действие этих двух факторов

5 позволяет обеспечить устойчивую синхронизацию колебаний и. достаточную ширину полосы синхронизма при чрезвычайно малых уровнях мощности синхросигнала (по сравнению с величиной выходной колеба0 тельной мощности автогенератора) и получить в предлагаемом устройстве (вместе с высоким коэффициентом полезного действия) значения коэффициента усиления мощности, существенно превышающие

5 значения этого показателя в каскадах ныне известных и используемых автогенераторов, синхронизированных гармоническим сигналом опорного генератора.

Автогенератор работает следующим об0 разом.

При включении питания каскада автогенератора в его цепях начинают протекать токи транзисторов 1 и 2, составляющих структуру составного транзистора, и, таким

5 образом, автогенератор готов к самовозбуждению. При подаче на синхровход (уп- равляющий электрод режимного транзистора 3) напряжения синхронизирующего радиочастотного гармонического сигнала от внешнего опорного генератора

23 режимный транзистор 3 начинает управляться на частоте опорного генератора 23. При этом, если частота опорного генератора 23 находится в пределах полосы синхронизма каскада автогенератора, последний самовозбуждается и в нем устанавливается требуемый режим работы с расчетными значениями напряжения смещения, .угла отсечки выходного тока составного транзистора и высокого коэффициента полезного действия устройства. Сигнал каскада автогенератора в виде энергии радиочастотных гармонических колебаний выделяется в нагрузочном LC-контуре. При этом напряжение, снимаемое с конденсатора 19, передается по цепи положительной обратной связи (ПОС) и поступает на затвор транзистора 1, т.е. на вход составного транзистора каскада и является напряжением возбуждения. Основная часть мощности радиочастотных колебаний, поставляемой в LC-контур составным транзистором, снимается с конденсатора 18 и через разделительный конденсатор 20 подается в нагрузку 21 каскада автогенератора.

При этом возбуждаются, т е. автоге- нерируются (вырабатываются), и поддерживаются колебания с амплитудой установившегося режима и частотой, равной частоте колебаний опорного генератора 23. а фаза колебаний автогенератора такова, что тразисторы 1 и 2 работают в противофазе с режимным транзистором 3, управляемым сигналом опорного генератора 23. В этом случае при действии на входе составного транзистора запирающей полуволны напряжения возбуждения (поступающего по цепи ПОС) режимный транзистор 3 своевременно и в такт с работой составного транзистора открывается напряжением синхросигнала и обеспечивается протекание запирающего тока базы выходного транзистора 2, а следовательно, обеспечивается нормальное и своевременное запи рание транзистора 2 и составного транзистора в целом. В результате сохраняются высокими усилительные свойства составного транзистора, обеспечивается необходимое быстродействие транзистора 2 и составного транзистора в целом, постоянная составляющая и амплитуда первой гармоники выходного тока имеют расчетные величины, что обеспечивает высокий коэффициент полезного действия каскада и гарантирует возникновение в нем требуемого расчетного режима автогенерации радиочастотных колебаний.

На других частотах (отличных отчастоты опорного генератора) автогенерация не возникает, поскольку нарушается синхронность работы составного транзистора режимного транзистора 3, что приводит к невыполнению условий самовозбуждения. В соответствии с теорией синхрониэованных автогенераторов стабильность частоты автоколебаний синхронизированного автогенератора будет несколько выше, чем стабильность частоты колебаний опорного генератора.

0 Синхронизация автоколебаний сигналом опорного генератора 23 осуществляется, во-первых, за счет прохождения синхросигнала на вход транзистора 2 структуры составного транзистора (через эле5 мент режимной цепи - режимный транзистор 3) и далее в колебательную систему автогенератора, а во-вторых, за счет эффективного влияния режимной цепи составного транзистора на выполнение усло0 вий самовозбуждения.

В результате совместного действия двух указанных механизмов синхронизации, эффективная синхронизация может быть достигнута при мощности синхросиг5 нала, чрезвычайно малой по сравнению с выходной мощностью автогенератора, выделяемой в его оконечной нагрузке. Поэтому в предлагаемом синхронизированном автогенераторе коэффициент усиления по

0 мощности колебаний, поступаемых от опорного генератора, по сравнению с известными ныне схемными решениями автогенераторов, синхронизированных гармоническим сигналом, может быть суще5 ственно увеличен.

Подача синхросигнала в режимную цепь составного транзистора может быть применена в автогенераторах, собранных по схемам как емкостной, так и индуктивной

0 либо трансформаторной трехточки, в диапазонных автогенераторах с электронной или иной перестройкой частоты, использующих составной транзистор, собранный как по схеме ОИ-ОЭ, так и по любой другой состав5 ной схеме, например, общий сток - общий эмиттер (ОС-ОЭ), общий эмиттер - общий эмиттер (ОЭ-ОЭ) и т.д., с элементом режимной цепи, представляющим собой транзистор, включенный по любой схеме,

0 например, с ОИ (ОЭ), или с ОС (ОК), а также диод и т.п.

Формула изобретения 1. Синхронизированный автогенератор, содержащий подключенный к источнику пи5 Тания автогенератор на транзисторе, транзисторный управляющий элемент, вход которого является входом синхронизации синхронизированного автогенератора, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, транзистор выполнен в виде составного транзистора, в цепь смещения выходного биполярного транзистора которого включены последовательно соединенные введенный источник напряжения смещения и транзисторный управляющий элемент.

2. Автогенератор по п. 1, отличающийся тем, что составной транзистор выполнен на входном полевом и выходном биполярном транзисторах, соединенных по схеме общий исток - общий эмиттер, транзисторный управляющий элемент выполнен на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком, при этом сток полевого транзистора является первым выводом

0

5

цепи смещения выходного биполярного транзистора и подключен к точке соединения истока входного полевого транзистора и базы выходного биполярного транзистора, исток полевого транзистора соединен с первым выводом источника напряжения смещения, второй вывод которого является вторым выводом цепи смещения выходного биполярного транзистора и подключен к общей шине.,

3. Автогенератор по пп. 1 и2, отличающийся тем. что автогенератор выполнен по схеме емкостной трехточки.

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при построении автогенераторов-усилителей мощности, синхронизированных гармоническим радиочастотным сигналом. Цель изобретения - повышение коэффициента полезного действия. Цель достигается тем, что активный элемент в автогенераторе выполнен на составном транзисторе, в режимной цепи выходного транзистора которого включен активный элемент, внутреннее сопротивление которого меняется в зависимости от величины синхросигнала. 2 з.п. ф-лы. 1 ил.

/

ltd

gii

го

fi

h-eZL

-ц

2

i

Г

/J U /4

снькпИ