Результат интеллектуальной деятельности: RC-ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве источника синусоидальных колебаний, в том числе в интегральных схемах.

Известен RC-генератор, содержащий транзистор, операционный усилитель, первый и второй конденсаторы, первый - пятый резисторы и предназначенный для формирования синусоидальных колебаний с высокой стабильностью частоты и амплитуды без использования специальных схем стабилизации амплитуды [а.с. СССР №1497702, МКИ⁴ Н03В 5/26. - Опубл. в Б.И., №28, 1989].

Недостатком этого RC-генератора является ограниченное значение максимальной частоты формируемых колебаний, обусловленное использованием операционного усилителя в электрической схеме генератора.

В качестве прототипа изобретения служит реактивный транзистор [Хейнлейн, В.Е. Активные фильтры для интегральных схем. Основы и методы проектирования / В.Е. Хейнлейн, В.X. Холмс; пер. с англ. / Под ред. Н.Н. Слепова, И.Н. Теплюка. - М.: Связь, 1980, с. 300, рис. 5.44, б], содержащий первые и вторые зажимы, первый - третий транзисторы, первый и второй резисторы, первый и второй источники тока. Когда вторые зажимы нагружены емкостью, входная полная проводимость реактивного транзистора со стороны первых зажимов имеет индуктивный характер, что позволяет при подключении к первым зажимам конденсатора реализовать параллельный колебательный контур. Это обеспечивает возможность использовать реактивный транзистор в интегральном фильтре, в котором транзисторы и резисторы используются как основные элементы.

Недостатком данного устройства является отсутствие элементов, обеспечивающих возникновение, при подключенных источниках питания, незатухающих синусоидальных колебаний.

Техническим результатом предлагаемого RC-генератора является повышение максимальной частоты формируемых синусоидальных колебаний и уменьшение уровня нелинейных искажений выходного сигнала.

Указанный технический результат достигается тем, что в реактивный транзистор, содержащий первые и вторые зажимы, первый - третий транзисторы, первый и второй резисторы, первый и второй источники тока, с целью формирования синусоидальных колебаний введены первый и второй конденсаторы, подключенные к первым и вторым зажимам соответственно, и цепь положительной обратной связи, образованная третьим конденсатором и третьим резистором.

На чертеже приведена структурная электрическая схема предлагаемого RC-генератора.

RC-генератор содержит первые 1 и вторые 2 зажимы, первый 3, второй 4 и третий 5 транзисторы, первый 6 и второй 7 резисторы, первый 8 и второй 9 источники тока, первый 10, второй 11 и третий 12 конденсаторы, третий резистор 13.

RC-генератор работает следующим образом.

Эквивалентное сопротивление между первыми зажимами 1 при отсутствии первого конденсатора 10 и без учета входного сопротивления первого транзистора 3, равно

где R₁, R₂ - сопротивления соответственно первого 6 и второго 7 резисторов;

С₂ - емкость второго конденсатора 11;

β₂ - коэффициент передачи тока базы второго транзистора 4.

Первое слагаемое в выражении (1) описывает эквивалентную индуктивность L_э:

второе - сопротивление потерь r_n:

При подключении к первым зажимам 1 первого конденсатора 10 он образует с индуктивностью L_э параллельный колебательный контур, настроенный на частоту ω₀:

где С₁ - емкость первого конденсатора 10.

Характеристическое сопротивление ρ колебательного контура равно:

С учетом входного сопротивления первого транзистора 3 сопротивление R_oe колебательного контура на частоте ω₀ равно:

где β₁ - коэффициент передачи тока базы первого транзистора 3.

Для выравнивания режимов транзисторов на переменном токе целесообразно принять: R₂=R₁, С₂=С₁. Тогда выражения (4), (5) и (6) соответственно примут вид:

Добротность Q колебательного контура определяется из выражения

Для поддержания в колебательном контуре незатухающих колебаний коэффициент передачи цепи положительной обратной связи K_ПОС, образованной последовательным включением третьего резистора 13 и третьего конденсатора 12, должен удовлетворять условию:

где S_VT3 - крутизна третьего транзистора 5;

R₃ - сопротивление третьего резистора 13;

K₀ - коэффициент усиления каскада с общей базой, выполненного на третьем транзисторе 5.

С учетом соотношения (11) сопротивление третьего резистора 13 должно удовлетворять условию:

Емкость третьего конденсатора 12, обеспечивающего гальваническую развязку каскадов, выполненных на первом, втором и третьем транзисторах 3-5, должна удовлетворять условию:

При подключении источников питания напряжением +12 В, минус 12 В и минус 3 В соответственно к первой, второй и третьей шинам питания и при выполнении условий (12) и (13) в RC-генераторе устанавливаются синусоидальные колебания с частотой ω₀, определяемой из выражения (4). Максимальная частота синусоидальных колебаний зависит только от частотных свойств используемых в RC-генераторе первого 3, второго 4 и третьего 5 транзисторов.

Уменьшение уровня нелинейных искажений выходного сигнала генератора обеспечивается высокой добротностью колебательного контура Q, зависящей только от коэффициентов передачи токов базы первого 3 и второго 4 транзисторов, и правильным выбором параметров первого 8 и второго 9 источников тока и сопротивления третьего резистора 13.