Емкостная трехточка - простая, но очень эффективная схема генератора высокой частоты. Она широко использовалась в радиолюбительских конструкциях ХХ века. Давайте разберемся в ее устройстве, истории создания и применения. Узнаем секреты настройки для получения стабильного выходного сигнала. Рассмотрим модификации схемы и сравним ее с альтернативами. Вы поймете, почему эта схема не теряет популярности уже много десятилетий.
Как устроена емкостная трехточка
Принципиальная схема емкостной трехточки довольно проста - она состоит из транзистора, конденсатора, катушки индуктивности и нескольких резисторов. Резистор в эмиттере ограничивает ток, протекающий через транзистор. Конденсатор и катушка образуют колебательный контур, который задает частоту генерируемых колебаний. Принцип обратной связи реализован через емкостной делитель напряжения. Резистор в цепи базы задает рабочую точку транзистора.
В емкостной трехточке для возникновения незатухающих колебаний должны выполняться определенные условия. Во-первых, часть выходного сигнала должна подаваться обратно на вход усилителя через цепь положительной обратной связи. Во-вторых, сигнал на входе усилителя и сигнал обратной связи должны быть синфазны. И наконец, коэффициент усиления должен быть достаточным для компенсации потерь сигнала в избирательных цепях.
История создания
Первые упоминания о емкостной трехточке появились в радиолюбительской периодике в 1950-1960х годах. Популярность этой схемы объяснялась тем, что для ее реализации требовались доступные и недорогие электронные компоненты.
Емкостная трехточка стала настоящей находкой для радиолюбителей благодаря своей простоте и эффективности, - писал автор одной из статей того времени.
Схема емкостной трехточки часто применялась в конструкторских статьях по созданию любительских радиоприемников и передатчиков. С годами ее стали использовать и в промышленных радиоустройствах.
Одно из ранних применений в промышленности описано в книге немецкого инженера Э.Рэда "Схемотехника радиоприемников", где приведена схема гетеродина на емкостной трехточке.
Со временем схема совершенствовалась инженерами-радиолюбителями, которые экспериментировали с различными вариантами ее реализации.
Как получить стабильный сигнал емкостной трехточки
Чтобы получить стабильный выходной сигнал от генератора на емкостной трехточке, нужно правильно подобрать элементы схемы и их параметры.
Инженер Э.Рэд в своей книге предложил следующие рекомендации по выбору емкостей конденсаторов:
- Емкость конденсаторов C1 и C2 должна быть одинаковой.
- Их реактивное сопротивление на рабочей частоте должно быть 50-75 Ом.
- Реактивное сопротивление конденсатора С3 должно быть 100-150 Ом.
Кроме того, опытные радиолюбители советуют:
- Использовать катушку индуктивности с минимальными потерями.
- Подбирать номинал резистора в цепи базы для оптимального режима работы транзистора.
- Применять качественные радиоэлементы с минимальным разбросом параметров.
Для повышения стабильности часто используют такие конструктивные решения, как термостатирование элементов схемы или использование элементов с низким температурным коэффициентом.
Модификации емкостной трехточки
Классическая схема емкостной трехточки с биполярным транзистором постоянно совершенствовалась радиолюбителями и инженерами. Рассмотрим некоторые популярные модификации. В схеме можно использовать полевой транзистор вместо биполярного. Это позволяет получить бóльшую стабильность параметров. Применение СВЧ-транзисторов улучшает спектральную чистоту сигнала.
Добавление эмиттерного повторителя
Подключение эмиттерного повторителя к выходу через маленький конденсатор позволяет значительно улучшить форму выходного сигнала и сделать его близким к синусоидальному. Применение варикапа вместо одного из конденсаторов колебательного контура дает возможность электронной перестройки частоты генерируемых колебаний.
Примеры применения емкостной трехточки
Рассмотрим несколько примеров использования схемы емкостной трехточки в различных радиоустройствах. Одно из классических применений - использование в схеме простейшего передатчика с амплитудной модуляцией. Емкостная трехточка генерирует несущую частоту, которая затем модулируется низкочастотным сигналом и усиливается для излучения антенной.
В схемах радиоприемников емкостная трехточка часто используется для генерации промежуточной частоты в гетеродине. Она обеспечивает высокую стабильность частоты, необходимую для качественного приема сигнала.
Генераторы измерительных приборов
Благодаря простоте и надежности схема емкостной трехточки применяется в генераторах, используемых в измерительных приборах - осциллографах, измерителях частоты и другом оборудовании.
Ввиду высокой помехоустойчивости емкостная трехточка используется в генераторах передатчиков радиоэлектронной борьбы - для создания шумовых помех радиосвязи противника.
Достоинства и недостатки емкостной трехточки
У схемы емкостной трехточки есть как достоинства, так и недостатки по сравнению с другими типами генераторов.
Достоинства:
- Простота схемы и доступность элементов.
- Хорошая стабильность частоты.
- Высокая помехозащищенность.
- Возможность генерации гармонических колебаний в УКВ диапазоне.
Недостатки:
- Ограниченный диапазон рабочих частот.
- Нестабильность параметров от температуры и старения элементов.
- Непрямоугольная форма выходного сигнала.
Сравнение емкостной трехточки с альтернативами
Сравним емкостную трехточку с другими распространенными схемами генераторов.
- Индуктивная трехточка. Отличается способом организации обратной связи. Менее стабильна по частоте, но проще в настройке. Используется в тех же диапазонах частот.
- Кварцевый генератор. Использует кварц резонатор для стабилизации частоты. Обеспечивает очень высокую точность частоты, но требует подбора кварца и более сложная схема.
- Цифровой синтезатор частоты. Позволяет генерировать практически любые частоты цифровым способом, управляется микроконтроллером. Высокая стабильность, гибкость, но нужна разработка программы и отладка.
Мы рассмотрели историю создания и применения схемы емкостной трехточки - простого и эффективного генератора высокой частоты.
