Барьерные генераторы ВЧ на биполярных транзисторах
Владислав Артеменко, UT5UDJ, г.Киев
Барьерный режим работы транзистора обеспечивает то важное свойство, что широкое варьирование значений L и С в таких генераторах не приводит к заметному изменению уровня выходного ВЧ напряжения (0,5-0,6 В для кремниевых и 0.2-0,3 В для германиевых).
На первый взгляд преимущество генерирования ВЧ напряжения менее 1 В не столь существенно, однако это увеличивает стабильность частоты (как кратко-, так и долговременную). Кроме того, появляется возможность использовать для перестройки варикалы, которые при малых ВЧ напряжениях в значительно меньшей степени ухудшают стабильность частоты генератора.
В [1] по сути приведена барьерная схема дифференциального усилителя, а в [2] дано краткое определение барьерного режима работы транзистора без подробного анализа. В этой связи рассмотрим некоторые важные особенности барьерного режима работы биполярного транзистора, в котором база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через резистор с небольшим сопротивлением с коллектором (рис.1). Питание на схему подается через резистор, задающий ток через транзистор, т.е. отсутствует привычная цепь смещения.
Puc.1
Транзистор в барьерном включении представляет собой своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Так как напряжение "эмиттер-база" для прямосмещенного p-n-перехода составляет примерно 0,6. .0,7В для кремниевых транзисторов и 0,3...0,4 В для германиевых, то потенциал коллектора и равен этой величине. При напряжении насыщения около 0,1В максимальная амплитуда выходного ВЧ напряжения для схем с кремниевыми транзисторами будет около 0,5...0,6 В и около 0,2...0,3 В с германиевыми.
Ток, протекающий через транзистор, можно приближенно оценить по формуле I=(Uпит-(0,6...0,7 B))/R,(A), где Uпит - напряжение питания, В; R - сопротивление токозадаюшего резистора, Ом. В схеме генератора на рис.1 снимать ВЧ напряжение можно и с другого конца катушки. Однако эта схема имеет существенный недостаток: LC-контур ни одним из своих концов не соединен с "землей", что делает практически невозможной перестройку по частоте с помощью переменного конденсатора. Автором предложена схема с заземленным конденсатором (рис.2). Генерация возникнет и в том случае, если С включить между «землей» и базой (переход "база-эмиттер" открыт и обладает весьма небольшим сопротивлением). Такую схему автор успешно использовал в качестве задающего генератора простейшего ЧМ-радиомикрофона. Модуляция осуществлялась с помощью варикапной матрицы КВС111.
Puc.2
Однако для генерирования частоты с повышенной стабильностью желательно заземлить и один из концов L, что реализовано автором в схеме на рис.3, где ВЧ напряжение можно снимать и с L.
Puc.3
Заметим, что изменение напряжения питания (если оно не меньше 1 В) при одном и том же значении R все же влияет на частоту генерируемых колебаний. Для уверенной работы транзистора на более высоких частотах необходимо увеличивать протекающий через него ток путем уменьшения В. При использовании КТ315А, КТ361А при Uпит=12 В и R=2200 Ом наблюдалась устойчивая работа всех приведенных выше схем по крайней мере до 110 МГц. Эти схемы имеют высокоомные выходы и нуждаются в высокого качества буферном каскаде и (или) в снятии ВЧ напряжения с 1/8...1/10 части витков L (считая от заземленного конца), иначе неизбежна нестабильность частоты при изменении сопротивления нагрузки. Реактивное сопротивление Сбл на рабочей частоте должно быть не более 1 Ом.
Литература
1. ТитцеУ., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника.-М.: -Мир; 1982, с.297
2. Стасенко В. Барьерный режим работы транзистора.- Радиолюбитель 1996, №1, с. 15-17.
Радиохобби 2/2000, с.