свойствами переменной емкости и также могут использоваться для подстройки частоты резонансного контура. Такие диоды, называемые ва-ракторами, изменяют величину емкости при изменении приложенного напряжения. Эти приборы называют также варикапами. Они находят широкое применение в радио- и телевизионных приемниках и позволяют упростить блоки настройки. Транзисторные реактансные RG-схемы также широко применяются в промышленных системах управления, в блоках перестройки частоты и устройствах регулирования фазы (см. также рис. 4Д. 6.6, 15.2 и 15.9).

Типичная схема управления реактивным сопротивлением реактансной схемы на основе полевого транзистора изображена-на рис. 12.1. Здесь С1 и Rj являются фазосдвигающими элементами, которые обусловливают протекание реактивного тока через выходной резистор Rz. Подробнее свойства этой схемы рассматриваются в следующем разделе. Через конденсатор Сз осуществляется связь реактансной схемы с колебательным контуром автогенератора для перестройки частоты генерации путем изменения амплитуды и полярности сигнала, подаваемого на затвор полевого транзистора. Реактансная схема может иметь или емкостный, или индуктивный характер в зависимости от соотношения фаз напряжений на выходе реактансной схемы и на контуре автогенератора. В случае чисто емкостного характера реактансной схемы потребляемый ею ток будет опережать напряжение на 90°, а при чисто индуктивном характере этой схемы потребляемый ток будет отставать на 90°. Таким образом, создавая отставание или опережение потребляемого тока, схема имитирует емкостную или индуктивную нагрузку, действие которой будет описано в разд. 12.2 и 12.3.

Упра$ля-

нзщии сигнал

Реактансная схема

С, т ft.

Автогенератор

Рис. 121. Основная схема с управляемым реактивным сопротивлением.

12.2. Реактансная схема ШС-типа

Реактивности различного характера можно получить, комбинируя элементы Ri и С (рис. 12.2). Для сравнения на рис. 12.2, а и в приведены упрощенные варианты схемы, изображенной на рис. 12.1, с соответствующими векторными диаграммами (рис. 12.2,б и г]. Схема на рис. 12.2,а имеет емкостную характеристику, и так как она подключена параллельно колебательному контуру автогенератора, то ее эквивалентная емкость добавляется к емкости колебательного контура. Таким образом, образуется результирующая колебательная система автогенератора, состоящая из указанных емкостей и индуктивности контура автогенератора. Небольшие паразитные емкости и индуктивности, имеющиеся в схеме, также оказывают влияние на частоту. Частота генератора определяется суммарными значениями индуктивности и емкости элементов параллельного резонансного контура L и С. Поэтому изменение величины емкости или индуктивности колебательного контура приводит к изменению частоты генерируемых колебаний. Частота колебаний определяется общеизвестной формулой

/p""W*(12.1)

В схеме на рис. 12.2, а элементами, определяющими емкостную характеристику реактансной схемы, являются конденсатор C; и резистор причем Q включают между стоком транзистора, и затвором, a Rj - между затвором и землей. Таким образом, указанные два элемента реактансной схемы фактически присоединены параллельно колебательному контуру автогенератора. Следовательно, вырабатываемый автогенератором сигнал оказывается приложенным к цепи RJCJ.

Автогенератор

\£j на 90"

П с*

и

Автогенератор

Ic отстает Е0 на 90

Рис. 12.2. Реактангные схемы RC-muna.

Значения емкости С и сопротивления R} выбираются таким образом, чтобы на частоте колебаний автогенератора емкостное реактивное сопротивление С было значительно выше сопротивления R}. При этом на колебательное напряжение автогенератора, воздействующее на эту цепь, основное влияние будет оказывать емкость. Следовательно, ток в этой цепи на частоте колебаний автогенератора будет опережать напряжение Е0 на колебательном контуре автогенератора. Если вектор напряжения ЕС изобразить графически (рис. 12.2,6), то вектор тока IR1C1, протекающего через цепь R} и C1, будет опережать вектор E0 на 90°. Однако напряжение на R] и ток через него изменяются синфазно. Следовательно, напряжение E3 на затворе, равное падению напряжения на R], также будет опережать напряжение E0 на 90°. Так как ток стока находится в фазе с напряжением на затворе, то вектор тока стока 1с совпадает по направлению с вектором Е3. Отсюда следует, что ток стока опережает напряжение генератора на 90°. Именно опережение тока стока обеспечивает емкостную характеристику реактансной схемы, присоединенной к контуру генератора. Эквивалентная емкость реактансной схемы Сэ зависит от крутизны gT полевого транзистора и выражается формулой

Сэ - дтС1.

где Сэ - эквивалентная емкость, Ф;

gT - крутизна характеристики транзистора, А/В;

Ri - сопротивление резистора, Ом;

С1 - емкость конденсатора в цепи обратной связи, Ф. На практике сопротивление резистора Ri выбирается таким образом, чтобы оно составляло приблизительно десятую часть реактивного сопротивления емкости Ci, благодаря чему обеспечивается емкостный характер цепи обратной связи. Если сопротивление Ri равно десятой части емкостного сопротивления С], то приведенную выше формулу можно записать в виде

где f-рабочая частота.

Формула (12.3) показывает, что эквивалентная емкость зависит только от крутизны транзистора и рабочей частоты. Емкостное сопротивление Хс также связано с частотой и эквивалентной емкостью: 1

6,28/Cs *

Из закона Ома следует, что емкостное сопротивление связано с напряжением и током:

Из приведенного анализа видно, что изменение переменной составляющей тока стока 1с полевого транзистора приводит к изменению емкостного реактивного сопротивления и, следовательно, эквивалентной емкости. Меняя амплитуду входного напряжения, подаваемого на затвор, можно изменять ток стока. Ток стока можно увеличивать или уменьшать, подавая на затвор отрицательное или положительное напряжение смещения, и таким образом изменять величину емкости, моделирующей реактивное сопротивление. Входной сигнал может также содержать составляющую звукового сигнала, которая будет увеличивать и уменьшать ток стока в соответствующие полупериоды. Таким образом, частота генератора будет увеличиваться и уменьшаться в зависимости от частоты входного звукового сигнала. Такая система используется в передатчиках с ЧМ и в других устройствах, где требуется частотная модуляция (гл. 6 и 15).

Предположим, что для получения сигнала с ЧМ используется сигнал звуковой частоты. При подаче звукового сигнала большей амплитуды отклонение тока стока увеличивается и ток будет иметь величину выше и ниже среднего значения, определяемого смещением. Следовательно, частота сигналов генератора будет изменяться в сторону больших и меньших значений относительно ее номинального значения (несущей частоты). Таким образом, когда реактансная схема находится под воздействием управляющего звукового сигнала, частота генератора изменяется пропорционально частоте звукового сигнала, а величина девиации частоты определяется амплитудой звукового сигнала, подаваемого на вход.

В схеме на рис. 12.2,0 характеристика реактансной схемы является индуктивной. Здесь резистор Rj и конденсатор С1 также образуют реактивную цепочку. Разделительный конденсатор С2 служит для того, чтобы напряжение стока не подавалось на затвор. Этот конденсатор имеет большую емкость, так что его последовательное реактивное сопротивление достаточно мало и обеспечивает хорошую связь на частоте сигнала между стоком и цепью обратной связи RjCj.

В этой схеме сопротивление резистора Rj выбирается примерно в 10 раз больше реактивного сопротивления конденсатора Cj. Поэтому сигнал от автогенератора, приложенный к этой цепи, вызовет протекание тока IR1C1. находящегося в фазе с напряжением (рис. 12.2, г). Поскольку входное напряжение на затвор подается с конденсатора C1, ток конденсатора IR1C1 опережает напряжение Е3 на конденсаторе на 90°. Но так как ток стока 1с совпадает по фазе с напряжением Е3 на затворе, то ток стока 1с отстает от напряжения Е0 генератора на 90°. Таким образом, вследствие запаздывания тока стока относительно Ео моделируемое реактансной схемой эквивалентное реактивное сопротивление носит индуктивный характер. Величину эквивалентной индуктивности можно рассчитать по формуле

I - 10

3 *>&*rt (12.6)

где L3 - эквивалентная индуктивность, Г;

gT - крутизна характеристики транзистора, А/В;

f-рабочая частота.

Так же как и в схеме на рис. 12.2, а, величину реактивного сопротивления можно изменять путем подачи напряжения смещения между затвором и землей. Индуктивное сопротивление зависит от частоты и определяется формулой

XL = 6,28fL. (12.7)

В соответствии с законом Ома индуктивное сопротивление определяется следующим выражением: El

J(12.8)

Так же как и в схеме на рис. 12.2, а, величину реактивного сопротивления можно изменять, варьируя модулирующее напряжение на затворе. Таким образом, величина эквивалентной индуктивности, шунтирующей колебательный контур автогенератора, может изменяться при помощи входного сигнала.

12.3. Реактансная схема RL-типа.

В реактансных схемах вместо конденсатора можно применять катушку индуктивности. В реактансной схеме на рис. 12.3, а реактивная цепь образована резистором Ri и катушкой индуктивности Lj. Здесь сопротивление Ri выбирается таким образом, чтобы его величина была примерно в 10 раз больше реактивного сопротивления Lj. При этом условии ток iRL через цепочку Rj и Lj фактически совпадает по фазе с приложенным напряжением Е0 от автогенератора (рис. 12.3,6). Однако, поскольку напряжение на затвор транзистора подается только с индуктивности L1, напряжение Е3 на затворе будет опережать ток IRL на 90°. Влияние этого напряжения на ток стока 1С показано на рис. 12.3, б. Следовательно, ток стока будет опережать напряжение Е0 генератора на 90°, т. е. схема имеет емкостный характер (как и схема на рис. 12.2,а). Формулы, аналогичные приведенным для схемы рис. 12.2, а, при надлежащей замене емкости на индуктивность справедливы и в данном случае. Разделительный конденсатор C1 служит для того, чтобы напряжение стока не подавалось на затвор через резистор Ri и не оказывало влияния на величину эквивалентной емкости.

Х£=- .