Схема автогенератор – Репозиторий Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва: Недопустимый идентификатор

РадиоКот :: Генераторы ВЧ

РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Жучки, передатчики и приемники: что о них надо знать >

Генераторы ВЧ

Итак, самый главный блок любого передатчика – это генератор. От того, насколько стабильно и точно работает генератор, зависит, сможет ли кто-то поймать переданный сигнал и нормально его принимать.

В нашем ненаглядном Интернете валяется просто уйма различных схем жучков, в которых используются различные генераторы. Сейчас мы немного классифицируем эту уйму.

Номиналы деталей всех приведенных схем рассчитаны с учетом того, что рабочая частота схемы составляет 60…110 МГц (то есть, перекрывает наш любимый УКВ-диапазон).

«Классика жанра».

Транзистор включен по схеме с общей базой. Резисторный делитель напряжения R1- R2 создает на базе смещение рабочей точки. Конденсатор C3 шунтирует R2 по высокой частоте.

R3 включен в эмиттерную цепь для ограничения тока протекающего через транзистор.

Конденсатор C1 и катушка L1 образуют частотозадающий колебательный контур.

Кондер C2 обеспечивает положительную обратную связь (ПОС), необходимую для генерации.

Механизм генерации

Упрощенно схему можно представить так:

Вместо транзистора мы ставим некий «элемент с отрицательным сопротивлением». По сути – усилительный элемент. То есть, ток на его выходе больше, чем ток на входе (так вот хитро).

К входу этого элемента подключен колебательный контур. С выхода элемента на этот же колебательный контур подана обратная связь (через кондер C2). Таким образом, когда на входе элемента ток увеличивается (происходит перезарядка контурного конденсатора), увеличивается ток и на выходе. Через обратную связь, он подается обратно на колебательный контур – происходит «подпитка». В результате, в контуре устаканиваются незатухающие колебания.

Все оказалось проще пареной репы (как всегда).

Разновидности

В безбрежном инете можно еще встретить такую реализацию этого же генератора:

Схема называется «емкостная трехточка». Принцип работы – тот же.

Во всех этих схемах сгенерированный сигнал можно снимать либо непосредственно с коллектора VT 1, либо использовать для этого катушку связи, связанную с контурной катушкой.

Индуктивная трехточка.

Эту схему выбираю я, и советую вам.

R1 – ограничивает ток генератора,

R2 – задает смещение базы,

C1, L1 – колебательный контур,

C2 – кондер ПОС

Катушка L1 имеет отвод, к которому подключен эмиттер транзистора. Этот отвод должен быть расположен не ровно посередине, а ближе к «холодному» концу катушки (то есть тому, который соединен с проводом питания). Кроме того, можно вообще не делать отвод, а намотать дополнительную катушку, то есть – сделать трансформатор:

Эти схемы идентичны.

Механизм генерации:

Для понимания того, как работает такой генератор, давайте рассмотрим именно вторую схему. При этом, левая (по схеме) обмотка будет вторичной, правая – первичной.

Когда на верхней обкладке C1 увеличивается напряжение (то есть, ток во вторичной обмотке течет «вверх»), то на базу транзистора через конденсатор обратной связи C2 подается открывающий импульс. Это приводит к тому, что транзистор подает на первичную обмотку ток, этот ток вызывает увеличение тока во вторичной обмотке. Происходит подпитка энергией. В-общем – то, все тоже довольно просто.

Разновидности.

Мое небольшое ноу-хау: можно поставить между общим и базой диод:

Этот диод ускоряет перезаряд C2, что приводит к увеличению мощности генерируемого сигнала. Однако, вместе с тем, это вносит в сигнал нелинейные искажения, так что на выходе придется ставить фильтры НЧ для подавления паразитных гармоник.

Сигнал во всех этих схемах снимаем с эмиттера транзистора либо через дополнительную катушку связи непосредственно с контура.

Двухтактный генератор для ленивых

Самая простая схема генератора, какую только мне приходилось когда-либо видеть:

В этой схеме легко улавливается схожесть с мультивибратором. Я вам скажу больше – это и есть мультивибратор. Только вместо цепочек задержки на конденсаторе и резисторе (RC-цепи), здесь используются катушки индуктивности. Резистор R1 устанавливает ток через транзисторы. Кроме того, без него генерация просто-напросто, не пойдет.

Механизм генерации:

Допустим, VT1 открывается, через L1 течет коллекторный ток VT1. Соответственно, VT2 закрыт, через L2 течет открывающий базовай ток VT1. Но поскольку сопротивление катушек раз в 100…1000 меньше сопротивления резистора R1, то к моменту полного открытия транзистора, напряжение на них падает до очень маленького значения, и транзистор закрывается. Но! Поскольку до закрытия транзистора, через L1 тек большой коллекторный ток, то в момент закрытия происходит выброс напряжения (ЭДС самоиндукции), который подается на базу VT2 открывает его. Все начинается по новой, только с другим плечом генератора. И так далее…

Этот генератор имеет только один плюс – простота изготовления. Остальные – минусы.

Поскольку в нем отсутствует четкое времязадающее звено (колебательный контур или RC-цепь), то частоту такого генератора рассчитать весьма сложно. Она будет зависеть от свойств применяемых транзисторов, от напряжения питания, от температуры и т.д. Во-общем, в серьезных вещах этот генератор лучше не использовать. Однако, в диапазоне СВЧ его применяют довольно часто.

Двухтактный генератор для трудолюбивых

Другой генератор, который мы рассмотрим – тоже двухтактный. Однако, он содержит колебательный контур, что делает его параметры более стабильными и прогнозируемыми. Хотя, по сути, он тоже довольно прост.

Вот он

Что мы здесь видим?

Видим колебательный контур L1 C1,

А дальше видим каждой твари по паре:
Два транзистора: VT1, VT2
Два конденсатора обратной связи: С2, С3
Два резистора смещения: R1, R2

Опытный глаз (да и не сильно опытный), обнаружит и в этой схеме схожесть с мультивибратором. Ну что же – оно так и есть!

Чем примечательна данная схема? Да тем, что ввиду использования двухтактного включения, она позволяет развивать двойную мощность, по сравнению со схемами 1-тактных генераторов, при том же напряжении питания и при условии применения тех же транзисторов. Во как! Ну, в общем, у нее почти нет недостатков 🙂

Механизм генерации

При перезаряде конденсатора в одну или другую сторону, через один из конденсаторов обратной связи поступает ток на соответствующий транзистор. Транзистор открывается, и добавляет энергию в «нужном» направлении. Вот и вся премудрость.

Особо изощренных вариантов исполнения этой схемы я не встречал…

Теперь немного креатива.

Генератор на логических элементах

Если использование транзисторов в генераторе кажется вам несовременным или громоздким или недопустимым по религиозным соображениям – выход есть! Можно использовать вместо транзисторов микросхемы. Обычно используется логика: элементы НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, реже – Исключающее ИЛИ. Вообще говоря, нужны только элементы НЕ, остальное – излишества, только лишь ухудшающие скоростные параметры генератора.

Смотрим:

Видим страшную схему.

Квадратики с дырочкой в правом боку – это инвертеры. Ну или – «элементы НЕ». Дырочка как раз указывает на то, что сигнал инвертируется.

Что такое элемент НЕ с точки зрения банальной эрудиции? Ну, то есть, с точки зрения аналоговой техники? Правильно, это усилитель с обратным выходом. То есть, при

увеличении напряжения на входе усилителя, напряжение на выходе пропорционально уменьшается . Схему инвертера можно изобразить примерно так (упрощенно):

Это конечно, слишком просто. Но доля правды в этом есть.
Впрочем, нам пока что это не столь важно.

Итак, смотрим схему генератора. Имеем:

Два инвертера ( DD1.1, DD1.2)

Резистор R1

Колебательный контур L1 C1

Заметьте, что колебательный контур в этой схеме – последовательный. То есть, конденсатор и катушка стоят друг за другом. Но это – все равно колебательный контур, он рассчитывается по тем же формулам, и ничуть ни хуже (и не лучше) своего параллельного собрата.

Начнем сначала. Зачем нам нужен резистор?

Резистор создает отрицательную обратную связь (ООС) между выходом и входом элемента DD1.1. Это надо для того, чтобы держать под контролем коэффициент усиления – это раз, а также – чтоб создать на входе элемента начальное смещение – это два. Как это работает, подробно мы рассмотрим где-нибудь в обучалке по аналоговой технике. Пока что уясним, что благодаря этому резистору, на выходе и входе элемента, в отсутствие входного сигнала, устаканивается напряжение, равное половине напряжения питания. Точнее – среднему арифметическому напряжений логических «нуля» и «единицы». Не будем пока на этом заморачиваться, у нас еще много дел…

Итак, на одном элементе мы получили инвертирующий усилитель. То есть, усилитель, который «переворачивает» сигнал вверх ногами: если на входе много – на выходе мало, и наоборот. Второй элемент служит для того, чтобы сделать этот усилитель неинвертирующим. То есть, он переворачивает сигнал еще раз. И в таком виде, усиленный сигнал подается на выход, на колебательный контур.

А ну-ка, смотрим внимательно на колебательный контур? Как он включен? Правильно! Он включен между выходом и входом усилителя. То есть, он создает положительную обратную связь (ПОС). Как мы уже знаем из рассмотрения предыдущих генераторов, ПОС нужна для генератора, как валерьянка для кота. Без ПОС ни один генератор не сможет что? Правильно – возбудиться. И начать генерацию…

Все наверно знают такую вещь: если к входу усилителя подключить микрофон, к выходу – динамик, то при поднесении микрофона к динамику, начинается противный «свист». Это – ни что иное как генерация. Мы же подаем сигнал с выхода усилителя на вход. Возникает ПОС. Как следствие, усилитель начинает генерить.

Ну, короче, посредством LC -цепочки в нашем генераторе создается ПОС, приводящая к возбуждению генератора на резонансной частоте колебательного контура.

Ну что, сложно?
Если (сложно)
{
чешем (репу) ;
читаем еще раз;
}

Теперь поговорим о разновидностях подобных генераторов.

Во-первых, вместо колебательного контура, можно включить кварц. Получится стабилизированный генератор, работающий на частоте кварца:

Если в цепь ОС элемента DD1.1 включить вместо резистора колебательный контур – можно завести генератор на гармониках кварца. Для получения какой-либо гармоники, нужно, чтобы резонансная частота контура была близка к частоте этой гармоники:

Если генератор делается из элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ, то входы этих элементов нужно запараллелить, и включать как обычный инвертор. Если используем Исключающее ИЛИ, то один из входов каждого элемента сажается на + питания.

Пара слов о микросхемах.
Предпочтительнее использовать логику ТТЛШ или быстродействующий КМОП.

Серии ТТЛШ: К555, К531, КР1533
Например, микросхема К1533ЛН1 – 6 инверторов.
Серии КМОП: КР1554, КР1564 (74 AC , 74 HC ), например – КР1554ЛН1
На крайний случай – старая добрая серия К155 (ТТЛ). Но ее частотные параметры оставляют желать лучшего, так что – я бы не стал использовать эту логику.

Рассмотренные здесь генераторы – далеко не все, что могут повстречаться вам в этой нелегкой жизни. Но зная основные принципы работы этих генераторов, будет уже намного проще понять работу других, укротить их и заставить работать на себя 🙂

Дальше мы немного поговорим об усилителях и займемся модуляторами.

www.radiokot.ru

Примеры схем транзисторных автогенераторов

Отметим три варианта распространённых схем автогенераторов:

– с трансформаторной (или индуктивной) обратной связью;

– с автотрансформаторной обратной связью;

– с емкостной обратной связью.

Ниже представлены некоторые практические схемы транзисторных автогенераторов.

Рис. 3.7. Автогенератор на биполярном транзисторе с трансформаторной обратной связью

На рис. 3.7, 3.8, 3.9 потенциометр R₁R₂служит для подачи на базу небольшого смещения, которое обеспечивает достаточно высокую крутизну характеристики триода в исходном режиме и легкость возбуждения колебаний. Ток базыI_б0, протекающий через сопротивлениеR₃, создает положительное автоматическое смещение, обеспечивающее получение необходимого угла отсечки коллекторного тока в автоколебательном режиме АГ.

Рис. 3.8. Автогенератор с автотрансформаторной обратной связью на биполярном транзисторе

Рис. 3.9. Автогенератор с ёмкостной обратной связью на

Биполярном транзисторе

На рис. 3.10, 3.11, 3.12 напряжение смещения Е_б=I_б0R_бна базу подается с сопротивленияR_б.

На рис. 3.10 питание базы последовательное. На рис. 3.11, 3.12 питание цепи базы параллельное.

В схему автогенератора (рис. 3.13) входит активный элемент — полевой транзистор. Для того чтобы получить на выходе автогенератора незатухающие гармонические колебания, необходимо правильно выбрать режим работы полевого транзисто-

Рис. 3.10. Автогенератор с трансформаторной

обратной связью на биполярном транзисторе

Рис.3.11. Автогенератор с автотрансформаторной обратной связью на биполярном транзисторе

ра. При этом можно руководствоваться методикой компьютерного анализа резисторных каскадов усиления на полевых транзисторах (раздел 3.4). Автогенератор на полевом транзисторе (рис. 2.13) собран по схеме емкостной трехточки. Колебательный контур, образованный катушкой индуктивности l_k и конденсатором С_к,включен в стоковую цепь транзистора.

Рис .3.12. Автогенератор с ёмкостной обратной связью на

биполярном транзисторе

На частоте генерации он эквивалентен индуктивности. Положительная обратная связь осуществлена через делитель, образованный конденсаторами С₁иC₂. Начальное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки, задается резисторамиR₁,R₂иR₃. РезисторR₁ позволяет осуществить истоковую стабилизацию рабочей точки полевого транзистора за счёт использования отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному току истока. КонденсаторC₂устраняет при этом ООС по переменной составляющей тока истока.

Конденсатор Сз необходим для того, чтобы напряжение положительной обратной связи без потерь было приложено ко входу транзистора.

Необходимым условием для получения гармонических незатухающих колебаний является обеспечение баланса амплитуд и баланс фаз.

Рис. 3.13. Автогенератор с ёмкостной обратной связью на

полевом транзисторе

Рис. 3.14. Автогенератор с автотрансформаторной обратной связью на полевом транзисторе

Автогенератор на полевом транзисторе (рис. 3.14) собран по схеме индуктивной трехточки (с автотрансформаторной обратной связью). Колебательный контур, образованный индуктивностями L₁+L₂ и конденсатором С₃, включен в стоковую цепь транзистора. Автотрансформаторная обратная связь осуществлена с помощью обмотки катушки индуктивности L₂, подключенной к затвору полевого транзистора через емкость блокировочного конденсатора источника питания (на схеме конденсатор не показан) и емкость конденсатора С₂. Начальное смещение, обеспечивающее первоначальное положение рабочей точки, задается резисторами R1 и R2. Конденсатор С₁ необходим для того, чтобы напряжение положительной обратной связи без потерь было приложено к входу каскада.

Рис.3.15. Автогенератор на полевом транзисторе

с трансформаторной обратной связью

Схема измерения LС-автогенера- с трансформаторной обратной свя зью представлена на рис. 3.15. Колебательный контур, образованный ин дуктивностью L_Kи конденсатором С_к, включен в стоковую цепь транзистора. Обратная связь трансформаторного типа, осуществлена с помощью обмотки L₁, подключенной ко входу транзистора. Начальное смещение, обеспечивающее первоначальные положения рабочей точки, задается резисторами R₁, R₂ и R₃. Резистор R₃ обеспечивает истоковую стабилизацию рабочей точки транзистора. Конденсаторы C₂и C₃обеспечивают подведение напряжения положительной обратной связи на вход транзистора без потерь. Конденсатор C_lявляется блокировочным для источника питания. Он предотвращает прохождение переменной составляющей выходного тока через источник питания.

Автогенераторы низкочастотных колебаний рассмотрены в разделе 4.

studfile.net

Схемы генераторов высокой частоты

Предлагаемые генераторы высокой частоты предназначены для получения электрических колебаний в диапазоне частот от десятков кГц до десятков и даже сотен МГц. Такие генераторы, как правило, выполняют с использованием LC-колебательных контуров или кварцевых резонаторов, являющихся частотозадающими элементами. Принципиально схемы от этого существенно не изменяются, поэтому ниже будут рассмотрены LC-генераторы высокой частоты. Отметим, что в случае необходимости колебательные контуры в некоторых схемах генераторов (см., например, рис. 12.4, 12.5) могут быть без проблем заменены кварцевыми резонаторами.

Рис. 12.1

Генераторы высокой частоты (рис. 12.1, 12.2) выполнены по традиционной и хорошо зарекомендовавшей себя на практике схеме «индуктивной трехточки». Они различаются наличием эмиттерной RC-цепочки, задающей режим работы транзистора (рис. 12.2) по постоянному току. Для создания обратной связи в генераторе от катушки индуктивности (рис. 12.1, 12.2) делают отвод (обычно от ее 1/3… 1/5 части, считая от заземленного вывода). Нестабильность работы генераторов высокой частоты на биполярных транзисторах обусловлена заметным шунтирующим влиянием самого транзистора на колебательный контур. При изменении температуры и/или напряжения питания свойства транзистора заметно изменяются, поэтому частота генерации «плавает». Для ослабления влияния транзистора на рабочую частоту генерации следует максимально ослабить связь колебательного контура с транзистором, до минимума уменьшив переходные емкости. Кроме того, на частоту генерации заметно влияет и изменение сопротивления нагрузки. Поэтому крайне необходимо между генератором и сопротивлением нагрузки включить эмиттерный (истоковый) повторитель.

Для питания генераторов следует использовать стабильные источники питания с малыми пульсациями напряжения.

Рис. 12.2

 

Рис. 12.3

Генераторы, выполненные на полевых транзисторах (рис. 12.3), обладают лучшими характеристиками.

Генераторы высокой частоты, собранные по схеме «емкостной трехточки» на биполярном и полевом транзисторах, показаны на рис. 12.4 и 12.5. Принципиально по своим характеристикам схемы «индуктивной» и «емкостной» трехточек не отличаются, однако в схеме «емкостной трехточки» не нужно делать лишний вывод у катушки индуктивности.

Во многих схемах генераторов (рис. 12.1 — 12.5 и другие схемы) выходной сигнал может сниматься непосредственно с колебательного контура через конденсатор небольшой емкости или через согласующую катушку индуктивной связи, а также с неза-земленных по переменному току электродов активного элемента (транзистора). При этом следует учитывать, что дополнительная нагрузка колебательного контура меняет его характеристики и рабочую частоту. Иногда это свойство используют «во благо» — для целей измерения различных физико-химических величин, контроля технологических параметров.

Рис. 12.4

 

Рис. 12.5

На рис. 12.6 показана схема несколько видоизмененного варианта ВЧ генератора — «емкостной трехточки». Глубину положительной обратной связи и оптимальные условия для возбуждения генератора подбирают с помощью емкостных элементов схемы.

Схема генератора, показанная на рис. 12.7, работоспособна в широком диапазоне значений индуктивности катушки колебательного контура (от 200 мкГн до 2 Гн) [Р 7/90-68]. Такой генератор можно использовать в качестве широкодиапазонного высокочастотного генератора сигналов или в качестве измерительного преобразователя электрических и неэлектрических величин в частоту, а также в схеме измерения индуктивностей.

Рис. 12.6

 

Рис. 12.7

 

Рис. 12.8

Генераторы на активных элементах с N-образной ВАХ (туннельные диоды, лямбда-диоды и их аналоги) содержат обычно источник тока, активный элемент и частотозадающий элемент (LC-контур) с параллельным или последовательным включением. На рис. 12.8 показана схема ВЧ генератора на элементе с лям-бдаобразной вольт-амперной характеристикой. Управление его частотой осуществляется за счет изменения динамической емкости транзисторов при изменении протекающего через них тока.

Светодиод НИ стабилизирует рабочую точку и индицирует включенное состояние генератора.

Генератор на аналоге лямбда-диода, выполненный на полевых транзисторах, и со стабилизацией рабочей точки аналогом стабилитрона — светодиодом, показан на рис. 12.9. Устройство работает до частоты 1 МГц и выше при использовании указанных на схеме транзисторов.

Рис. 12.9

 

Рис. 12.10

На рис. 12.10 в порядке сопоставления схем по степени их сложности приведена практическая схема ВЧ генератора на туннельном диоде. В качестве полупроводникового низковольтного стабилизатора напряжения использован прямосме-щенный переход высокочастотного германиевого диода. Этот генератор потенциально способен работать в области наиболее высоких частот — до нескольких ГГц.

Высокочастотный , по схеме очень напоминающий рис. 12.7, но выполненный с использованием полевого транзистора, показан на рис. 12.11 [Рл 7/97-34].

Прототипом RC-генератора, показанного на рис. 11.18 является схема генератора на рис. 12.12 [F 9/71-171; 3/85-131].

Этот генератор отличает высокая стабильность частоты, способность работать в широком диапазоне изменения параметров частотозадающих элементов. Для снижения влияния нагрузки на рабочую частоту генератора в схему введен дополнительный каскад — эмиттерный повторитель, выполненный на биполярном транзисторе VT3. Генератор способен работать до частот свыше 150 МГц.

Рис. 12.11

 

Рис. 12.12

Из числа всевозможных схем генераторов особо следует выделить генераторы с ударным возбуждением. Их работа основана на периодическом возбуждении колебательного контура (либо иного резонирующего элемента) мощным коротким импульсом тока. В результате «электронного удара» в возбужденном таким образом колебательном контуре возникают постепенно затухающие по амплитуде периодические колебания синусоидальной формы. Затухание колебаний по амплитуде обусловлено необратимыми потерями энергии в колебательном контуре. Скорость затухания колебаний определяется добротностью (качеством) колебательного контура. Выходной высокочастотный сигнал будет стабилен по амплитуде, если импульсы возбуждения следуют с высокой частотой. Этот тип генераторов является наиболее древним в ряду рассматриваемых и известен с XIX века.

Практическая схема генератора высокочастотных колебаний ударного возбуждения показана на рис. 12.13 [Р 9/76-52; 3/77-53]. Импульсы ударного возбуждения подаются на колебательный контур L1C1 через диод VD1 от низкочастотного генератора, например, мультивибратора, или иного генератора прямоугольных импульсов (ГПИ), рассмотренных ранее в главах 7 и 8. Большим преимуществом генераторов ударного возбуждения является то, что они работают с использованием колебательных контуров практически любого вида и любой резонансной частоты.

Рис. 12.13

 

Рис. 12.14

Еще один вид генераторов — генераторы шума, схемы которых показаны на рис. 12.14 и 12.15.

Такие генераторы широко используют для настройки различных радиоэлектронных схем. Генерируемые такими устройствами сигналы занимают исключительно широкую полосу частот — от единиц Гц до сотен МГц. Для генерации шума используют обратносмещенные переходы полупроводниковых приборов, работающих в граничных условиях лавинного пробоя. Для этого могут быть использованы переходы транзисторов (рис. 12.14) [Рл 2/98-37] или стабилитроны (рис. 12.15) [Р 1/69-37]. Чтобы настроить режим, при котором напряжение генерируемых шумов максимально, регулируют рабочий ток через активный элемент (рис. 12.15).

Рис. 12.15

Отметим, что для генерации шума можно использовать и резисторы, совмещенные с многокаскадными усилителями низкой частоты, сверхрегенеративные приемники и др. элементы. Для получения максимальной амплитуды шумового напряжения необходим, как правило, индивидуальный подбор наиболее шумящего элемента.

Для того чтобы создать узкополосные генераторы шума, на выходе схемы генератора может быть включен LC- или RC-фильтр.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год

www.qrz.ru

1. Принципы работы автогенератора

Введение

Для передачи сигналов электросвязи необходимо иметь генератор электрических колебаний высокой частоты- устройство, преобразующее энергию источника постоянного напряжения в энергию колебаний. Существуют генераторы с внешним возбуждением, в которых незатухающие колебания получают от внешнего источника, и генераторы с самовозбуждением (автогенераторы), для которых внешний источник не нужен. Колебания, получаемые в автогенераторах, называют автоколебаниями. Эти колебания могут быть гармоническими (синусоидальными) или релаксационными (несинусоидальными). Автогенераторы применяют не только в передающей, но и в приемной аппаратуре: в преобразователях частоты, демодуляторах и т.д. Независимо от назначения автогенераторов, они должны удовлетворять следующим общим требованиям: иметь достаточно высокое постоянство (стабильность) частоты колебаний и выходной мощности, а также возможно близкую с синусоидальной форму выходного напряжения. Для выполнения этих требований в схемах автогенераторов применяют ряд специальных мер.

1.1 Структурная схема автогенератора

В простейшем случае высокочастотные колебания можно получать с помощью обычного колебательного контура. Предположим, что контур получил от постоянного источника некоторый первоначальный запас энергии. При этом в нем возникают свободные (собственные) затухающие колебания. Чтобы сделать их незатухающими, необходимо все время пополнять запас энергии в контуре, поскольку часть её процессе колебаний необратимо преобразовать в тепло.

Реализовать источник энергии, необходимый для получения незатухающих колебаний в контуре, можно с помощью устройства рис. №1

Рис.№1. Структурная схема LC-автогенератора

Схема содержит усилительный элемент 1 (электронную лампу или транзистор), нагрузкой которого является колебательная система 2, например, колебательный контур с сосредоточенными параметрами. Часть напряжения с контура через цепь обратной связи 3 поступает на вход усилительного элемента. Устройство получает питание от источника напряжения 4.

Напряжение свободных колебаний, поступающих через элемент 3 на вход элемента 1, усиливается им и вновь подается на колебательную систему. Это напряжение должно быть после усиления достаточным для компенсации потерь в контуре. Кроме этого, цепь обратной связи должна вызывать такой сдвиг фазы колебаний, поступающих на вход элемента 1, при котором контур будет своевременно, т.е. в такт со свободными колебаниями в нем, получать энергию. При одновременном выполнении указанных условий данное устройство создает (генерирует) незатухающие колебания, т.е. представляет собой автогенератор.

1.2 Процесс самовозбуждения

В момент включения источника питания во всех цепях генератора проходят кратковременные импульсы токов. Так как одиночный импульс образует сплошной спектр колебаний, частота одного из них обязательно совпадает с собственной частотой колебательной системы генератора. Это колебание возбудит колебательную систему, и по цепи обратной связи на управляющий электрод усилительного элемента поступит напряжение данной частоты. Под действием этого напряжения выходной ток усилительного элемента станет изменяться с той же частотой. Переменная составляющая тока, проходя через колебательную систему, будет усиливать возникшие в ней колебания. Амплитуда колебаний будет нарастать до тех пор, пока энергия, поступающая в колебательную систему, станет равной энергии потерь, после чего схема переходит в стационарный режим, характеризующийся постоянной или стационарной амплитудой колебаний.

Если контуру сообщить некоторый первоначальный запас энергии, в нем возникают затухающие колебания. При подключении к контуру нагрузки, имеющий активное сопротивление, скорость затухания колебаний увеличивается, что свидетельствует об увеличении потерь в нем. Следовательно, можно считать, что если энергия потребляется от контура, в него как бы вноситься положительное активное сопротивление R+, увеличивающее сопротивление потерь контура R_п. Если же энергия поступает в контур, это эквивалентно уменьшению потерь в контуре, т.е. как бы внесению в него отрицательного активного сопротивления R-.

В колебательную систему автогенератора энергия поступает от усилительного элемента (отрицательное сопротивление) и одновременно потребляется цепью обратной связи и нагрузкой (положительное сопротивление). Следовательно, в колебательную систему вноситься некоторое эквивалентное сопротивление R_эк=R₊ — R_—. Если же знак этого сопротивления положительный (R_эк>0), потери в колебательной системе увеличиваются и колебания быстро затухают; если знак отрицательный (R_эк<0) и кроме этого < R_п, происходит частичная компенсация потерь и скорость затухания колебаний уменьшается. При R_эк<0 и > R_п энергия, поступающая в колебательную систему, больше энергии потерь, что приводит к непрерывному росту амплитуды колебаний. В стационарном режиме работы автогенератора отрицательное вносимое сопротивление становиться равным (по модулю) сопротивлению потерь колебательной системы. Это означает, что поступающая в неё энергия полностью компенсирует потери, вследствие чего амплитуда автоколебаний становится постоянной.

studfile.net

Схема подключения генератора в автомобилях ВАЗ

Генератор в автомобилях предназначен для выработки электроэнергии и заряда аккумулятора. При нарушении нормальной работы автомобильного электрогенератора, аккумулятор начинает разряжаться и вскоре авто перестанет заводиться совсем — не хватит заряда АКБ. Это устройство состоит из трехфазного диодного моста, который, в свою очередь, имеет кремниевых 6 диодов. Электрическое напряжение создается возбуждением выпрямителя тока в тот момент, когда полюса ротора меняются под обмотками статора. Когда ротор вращается внутри машинного статора, полюса ротора меняются. Чтобы увеличить значение магнитных потоков, статор содержит в себе электромагнитную возбуждающую обмотку в районе магнитопроводов. Маркировка и обозначение проводов:

• Р — розовый.
• Ф — фиолетовый.
• О — оранжевый.
• ЧБ — черно-белый.
• КБ — коричнево-белый.
• ЧГ — черно-голубой.
• К — коричневый.
• Ч — черный.
• Б — белый.

Схема подключения генератора ВАЗ-2101

Конструктивно генератор 2101 состоит из следующих основных элементов:

• Ротор – подвижная часть, вращается от коленчатого вала двигателя. Имеет обмотку возбуждения.
• Статор – неподвижная часть генератора, также имеет обмотку.
• Передняя и задняя крышки, внутри которых установлены подшипники. На них находятся проушины для крепления к ДВС. В задней крышке расположен конденсатор, необходимый для отсечения переменной составляющей тока.
• Полупроводниковый мост – называют «подковой» за сходство. Три пары полупроводниковых силовых диодов смонтированы на подковообразной основе.
• Шкив, на который надевается ремень генератора ВАЗ-2101. Ремень клиновидный (на современных авто применяется многоручейковый).
• Регулятор напряжения установлен в подкапотном пространстве, вдали от генератора. Но все же его нужно считать частью конструкции.
• Щетки смонтированы внутри генератора и передают напряжение питания к обмотке возбуждения (на роторе).

Схема подключения генератора ВАЗ-2106

Схема подключения генератора ВАЗ-2107

1 — аккумуляторная батарея; 2 — отрицательный диод; 3 — дополнительный диод; 4 — генератор; 5 — положительный диод; 6 — обмотка статора; 7 — регулятор напряжения; 8 — обмотка ротора; 9 — конденсатор для подавления радиопомех; 10 — монтажный блок; 11 — контрольная лампа заряда аккумуляторной батареи в комбинации приборов; 12 — вольтметр; 13 — реле зажигания; 14 — выключатель зажигания.

Схема подключения генератора ВАЗ-2108

Генератор ВАЗ-2108 имеет довольно массивную статорную обмотку, так как в ней используется провод большого сечения. Именно с его помощью происходит вырабатывание электроэнергии. Провод наматывается равномерно по всей внутренней поверхности статора в специально предусмотренные для этой цели выемки в магнитопроводе. Отдельно стоит поговорить о последнем. Средняя часть, статор генератора, состоит из набора тонких металлических пластин, крепко прижатых друг к другу. Зачастую снаружи они провариваются, чтобы не произошло расслоение.

Схема подключения генератора ВАЗ-2109

1. Генератор переменного тока. Может быть установлен серии 37.3701 или 94.3701.
2. Отрицательный диод.
3. Дополнительный диод.
4. Положительный диод.
5. Контрольная лампа генератора, она же лампа разряда аккумуляторной батареи.
6. Комбинация приборов.
7. Вольтметр.
8. Блок реле и предохранителей, расположенный в подкапотном пространстве в отсеке между двигателем и салоном автомобиля.
9. Дополнительные резисторы, встроенные в монтажный блок предохранителей.
10. Реле зажигания.
11. Замок зажигания.
12. Аккумуляторная батарея.
13. Конденсатор.
14. Обмотка ротора.
15. Реле напряжения, расположено в подкапотном пространстве.

Схема подключения генератора ВАЗ-2110

На автомобилях ВАЗ-2110, 2111 и 2112 устанавливался генератор 94.3701 с максимальным отдаваемым током 80 Ампер и напряжением = 13,2–14,7  Вольт.

Приводим расшифровку схемы подключения генератора на десятке:

1. Аккумулятор 12В;
2. генератор 94.3701;
3. монтажный блок;
4. замок зажигания;
5. контрольная лампа заряда АКБ в комбинации приборов

Как проверить генератор своими руками

Как проверить генератор ваз на примере модели 2109. Генератор типа 94.3701 переменного тока, трехфазный, со встроенным выпрямительным блоком и электронным регулятором напряжения, правого вращения.

Схема соединений генератора. Напряжение для возбуждения генератора при включении зажигания подводится к выводу «D+» регулятора (вывод «D» генератора) через контрольную лампу 4, расположенную в комбинации приборов. После пуска двигателя обмотка возбуждения питается от трех дополнительных диодов, установленных на выпрямительном блоке генератора. Работа генератора контролируется контрольной лампой в комбинации приборов. При включении зажигания лампа должна гореть, а после пуска двигателя — гаснуть, если генератор исправен. Яркое горение лампы или свечение ее в пол накала говорит о неисправностях.

«Минус» аккумуляторной батареи всегда должен соединяться с массой, а «плюс» – подключаться к зажиму «B+» генератора. Ошибочное обратное включение батареи немедленно вызовет повышенный ток через вентили генератора, и они повредятся.

Не допускается работа генератора с отсоединенной аккумуляторной батареей. Это вызовет возникновение кратковременных перенапряжений на зажиме «В+» генератора, которые могут повредить регулятор напряжения генератора и электронные устройства в бортовой сети автомобиля.

Запрещается проверка работоспособности генератора «на искру» даже кратковременным соединением зажима «В+» генератора с массой. При этом через вентили протекает значительный ток, и они повреждаются.

Замена и снятие электрогенератора

Генератор на автомобиле ваз снимают либо для полной замены в случае выхода из строя или для выполнения ремонтных работ по замене неисправных частей. Для выполнения демонтажа подготовьте стандартный набор инструментов, автомобиль желательно загнать на смотровую яму.

1. Отсоединить аккумуляторную батарею.
2. Снять защитный резиновый колпачок с вывода «30» и отвернув гайку, снять со шпильки провода.
3. Отсоединяем колодку с проводами с разъема генератора.
4. Ослабляем затяжку крепления генератора к регулировочной планке, после чего
   подымаем его до упора вверх к блоку цилиндров и снимаем со шкивов ремень.
5. Полностью отвернуть болт крепления регулировочной планки к блоку цилиндров, после чего снизу авто отворачиваем 2 болта крепления нижнего кронштейна к блоку и снимаем генератор, вытащив его из подкапотного пространства.

2shemi.ru

Автомобильный генератор – схема, виды, поломки, ремонт + Видео » АвтоНоватор

Автомобильный генератор – очень важный элемент машины и без него запуск просто будет невозможен. Так что рассмотрим его характеристики, схему подключения и принцип работы, а также неисправности и пути их устранения.

Устройство и принцип работы

Главная задача этого агрегата – преобразование механической энергии в электрическую, а это зарядка аккумулятора и обеспечение питанием всего оборудования. Генератор автомобиля расположен в передней части двигателя и заводится посредством коленчатого вала. Рассмотрим, какова схема этой установки. Ротор, создающий магнитное поле, представляет собой вал с обмоткой возбуждения, каждая половина которой размещена в противоположных полюсных половинах. Контактные (токосъемные) кольца питают обмотку генератора. Ротор приводится в движение ременными передачами привода. Конструкция статора предполагает наличие сердечника и обмотки, он вырабатывает ток переменного значения, который посредством колец потечет дальше по цепи. Но сначала нужно снять заряд с рамки. Чтобы ток возбуждения попадал на кольца, применяется щеточный узел.

Двигаемся дальше. Выпрямительный блок занимается преобразованием переменного (синусоидального) напряжения, которое вырабатывается генератором автомобиля, и получает характеристику постоянного типа. Он представляет собой пластины, где расположены диоды (6 штук). В некоторых случаях схема подключения обмотки возбуждения содержит еще одну отдельную пару. В этом случае ток не может протекать через аккумулятор при незаведенном движке. А подсоединив обмотку по типу «звезда» и дополнительные силовые диоды (2 шт.), можно увеличить мощность устройства на 15%.

Поддержание напряжения автомобильного генератора в заданных пределах осуществляется посредством регулятора. Он влияет на частоту и продолжительность импульсов тока. Схема регулятора состоит из датчиков и исполнительных элементов. Они определяют, сколько обмотка возбуждения должна быть включена в сеть. При неисправности регулятора исчезает стабилизация подаваемого на АКБ напряжения. Основная часть конструктивных элементов генератора расположена в корпусе, который производится из алюминиевого сплава. Он легкий, быстро рассеивает тепло, отчего температура не достигает критических отметок, и немагнитный.

Типы и характеристики

Существует два основных типа автомобильных генераторов – постоянного и переменного тока. Первые активно использовались до 1960 года. Сегодня агрегаты постоянного тока также встречаются, но только не в легковых авто. В них магнитное поле создается на обмотке статора, а ток снимается неподвижными щетками с силовой обмотки якоря. Схема генератора постоянного тока предусматривает параллельное подключение этих элементов.

Автомобильные генераторы переменного тока были изобретены в 1946 году. Их схема и принцип работы были рассмотрены выше. Достоинства агрегата переменного тока – меньший вес и габариты, повышенная надежность и срок службы. Самым заметным конструкционным отличием двух типов генераторов являются токосъемные кольца. В устройстве постоянного тока с рамки снимают заряд контактные полукольца (2 штуки). В случае же переменного тока это несколько иначе. На обоих концах рамки разместились полноценные токосъемные кольца. Конечно, эти контактные пластинки не определяют весь принцип работы, но вносят существенный вклад.

Для автомобиля важна мощность. И как раз генератор переменного тока при всех прочих равных условиях имеет этот показатель выше, чем его конкурент.

Разобравшись с устройством автомобильных генераторов, изучим технические характеристики. За обеспечение всех потребителей электроэнергией при разных режимах работы мотора отвечает токоскоростная характеристика (ТСХ). Это зависимость максимального значения тока от частоты вращения ротора при условии постоянного напряжения. Также важно знать, сколько ампер выдает установка автомобильного генератора. Этот показатель колеблется в пределах от 55 до 120 А в зависимости от марки авто. Если же проверка показывает недостаток ампер, то это явный признак неисправности агрегата.

Еще существует внешняя, регулировочная, нагрузочная характеристики и показатель холостого хода. Первая – зависимость выпрямленного (постоянного) напряжения (U_d) от тока нагрузки (I_н), вторая – I_в (возбуждения) от I_н. Третья показывает отношение U_d к I_в, и последнее значение определяется зависимостью ЭДС от I_в при частоте вращения постоянного характера.

Проверка неисправного генератора

Сколько поломок, столько и решений, например, в одном случае в генераторе поможет замена диодов, а в другом – куда более значимых деталей. Перечислим основные поломки. Если из строя вышла цепь (обрывы, замыкания и иные нарушения), то делается проверка, сколько ампер и какое напряжение выдает генератор вашего автомобиля, а потом подбирается решение. Также причиной поломки может послужить выход из строя графитовых щеток, регулятора либо моста диодов. Все это легко поменять своими руками.

Особенно важна исправность регулятора, потому что он отвечает за интенсивность зарядки АКБ в зависимости от того, сколько градусов составляет температура под капотом. Это термокомпенсация. Так определяется, сколько вольт будет оптимально для батареи при заданных условиях. Существует тип регулятора с ручным сезонным переключением, тогда даже отрицательная температура не страшна.

Повышенный шум выдает дефекты подшипниковых узлов, в том числе недостаточное количество смазки. Также это может быть износ сепараторов, дорожек качения, проворачивание наружных колец и т. д. Кроме того, при «воющих» звуках в кратчайшие сроки анализируется схема подключения проблемного автомобильного генератора, так как причина может крыться в межвитковом замыкании статорных обмоток либо же тягового реле. Плохие контакты тоже провоцируют появление посторонних звуков, их проверка и вовсе занимает пару минут.

Рабочая температура исправного генератора автомобиля может достигать 90 °С. А если наблюдается перегрев, то либо имеется неисправность моста диодов, либо проверьте, сколько электроприборов в сети, не много ли? Если температура перевалила за норму, изоляция фазной обмотки статора темнеет или даже «закипает». Также о поломках свидетельствует и слабый заряд аккумулятора или же его полное отсутствие, некорректная работа индикации и электрооборудования, слабая искра и чрезмерно большое напряжение. Важно помнить, что чем выше температура агрегата, тем меньше напряжение, такое допускать нежелательно.

Замена токосъемных колец, диодов и прочий ремонт

Как видим, проблем немало, и для более тщательной диагностики нужно представлять, как можно измерить напряжение генератора автомобиля, амперы и другие его показатели, об этом и поговорим ниже. Начнем с того, что завод-изготовитель выдает паспорт на технические характеристики, в том числе ток, напряжение, мощность и год выпуска агрегата. Если же проверка покажет несоответствие, то необходим ремонт. Также полезна диагностика и в том случае, когда вы приобретаете поддержанный агрегат.

Как узнать мощность, напряжение и ток (амперы) генератора автомобиля, подскажут на любом СТО. Для этого служит специальный стенд, некоторые автовладельцы даже собирают его сами. Например, проверка работоспособности регулятора напряжения генератора осуществляется с помощью вольтметра. Его показатели должны находиться в пределах 14,8 В. Условия теста регулятора – заведенный двигатель и частота оборотов 3 тысячи в минуту. Согласитесь, организовать это несложно.

Токосъемные кольца приходится менять часто. Благо сделать это можно самостоятельно. Важно только правильно приобрести комплект колец, помогает специальная маркировка. Но даже если вы имеете номер оригинальной запчасти, возьмите в магазин старые кольца, чтобы на месте сверить товар. Сколько приходится слышать об ошибках продавцов или даже каталогов!

Итак, чтобы осуществить замену токосъемных колец генератора, следует демонтировать ротор, снять пластиковый кожух и освободить выводы обмотки. Так освободится подход к хвостовику с кольцами. Теперь  производим замену. При этом следите, чтобы при установке колец контакты не остались в пазах, тогда их нужно будет выковырять острым предметом, например, гвоздем. Далее аккуратно забиваем хвостовик молотком. Последним шагом при обновлении колец загибаем контакты и возвращаем на место кожух.

Чтобы поменять диоды, используемые в автомобильном генераторе, нужно демонтировать и разобрать мост. Для этого раскручиваем болтовое соединение и высверливаем все имеющиеся заклепки. Так освободится доступ к пластине, на которой и расположены диоды. Снять их можно ключом на «14». Установить новые диоды после этого вряд ли окажется трудным.

В отечественных авто можно улучшить показатели мощности автомобильного генератора самостоятельно. Заменяют обмотку ротора проводом большего сечения, усиливая ток подмагничивания. Нужно демонтировать старую проволоку, очистить и обезжирить катушки, намотать новый провод и зачистить концы. Затем производится проверка, нет ли короткого замыкания. Далее изолируются все выходы и рабочая обмотка пропитывается специальным раствором, потом припаиваются соединительные провода. В результате получаем тип автомобильного генератора повышенной мощности в домашних условиях.

carnovato.ru

1. Схемы автогенераторов Автогенератор с автотрансформаторной обратной связью

Схема генератора представлена на рисунке 1

Рис. 1 Автогенератор с автотрансформаторной ОС

В этой схеме индуктивность L_БЭ по переменному току включена между базой и эмиттером, индуктивность L_КЭ – между коллектором и эмиттером, а емкость С_К – между коллектором и базой. Таким образом, правило построения индуктивной трехточки выполнено и, значит, выполняется фазовое условие самовозбуждения. Конденсатор С_Б предотвращает непосредственную связь источника Е_К с базой транзистора по постоянному току. Конденсатор С_БЛ шунтирует источник питания по переменному току, исключая потери энергии на его внутреннем сопротивлении. Конденсатор С_Р разделяет генератор и его нагрузку по постоянному току.

Амплитудное условие самовозбуждения достигается выбором

где К_РЕЗ = S p²R_Э0 – коэффициент усиления на резонансной частоте контура;

S – крутизна проходной характеристики в рабочей точке, определяемой величиной начального смещения на эмиттерном переходе;

– коэффициент включения контура в коллекторную цепь;

R_Э0 = Q – резонансное сопротивление контура.

Коэффициент обратной связи на резонансной частоте

(8.43)

Это же соотношение можно получить, используя выражения (8.40) и (8.41), полученные для обобщенной схемы трехточечного автогенератора

Частота генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса фаз _S + _ОС + _Z = 0.

Если _S = 180, _ОС = 180, то _Z = 0 и частота генератора

(8.44)

При рассмотрении схемы не учитывались паразитные параметры – междуэлектродные емкости и инерционность усилительного элемента. Поэтому коэффициент обратной связи оказался независимым от частоты, что справедливо при относительно невысоких частотах (в половину меньших граничной частоты транзистора). С повышением частоты схема замещения автогенератора усложняется, и коэффициент обратной связи должен рассматриваться с учетом перечисленных факторов.

Амплитуда генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса амплитуд

Регулировка амплитуды колебаний производится изменением величины коэффициента обратной связи , т. е. точки подключения эмиттера к контуру по переменному току. Кроме того, для осуществления плавной регулировки необходимо, чтобы контурная катушка имела не менее 20 витков и однослойную намотку.

Достоинства схемы заключаются в возможности применения в диапазоне весьма высоких радиочастот (УКВ).

Недостатком автогенератора является невозможность заземлить ротор конденсатора переменной емкости.

Автогенератор с емкостной обратной связью

Схема генератора представлена на рисунке 2

В этой схеме контур составлен из элементов L_K, C_КЭ, С_БЭ, причем между базой и эмиттером включена емкость С_БЭ, между коллектором и эмиттером – емкость С_КЭ, а между коллектором и базой – индуктивность L_К, значит правило построения емкостной трехточки выполнено, чем гарантировано выполнение фазового условия самовозбуждения.

Рис. 2 Автогенератор с емкостной обратной связью

Последовательное питание коллекторной цепи в емкостной трехточке реализовать не удается ввиду того, что нет пути протекания постоянному току через контур. Поэтому применено параллельное питание, включающее элементы фильтра С_БЛ, С_Р1 и L_ДР.

Амплитудное условие самовозбуждения достигается выбором

где К_РЕЗ = S p²R_Э0 – коэффициент усиления на резонансной частоте контура;

S – крутизна проходной характеристики в рабочей точке, определяемой величиной начального смещения на эмиттерном переходе, обеспечиваемым базовым делителем R_Б1, R_Б2;

– коэффициент включения контура в коллекторную цепь;

R_Э0 = Q – резонансное сопротивление контура.

Коэффициент обратной связи на резонансной частоте контура

Частота генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса фаз, и пока транзистор можно считать безынерционным, примерно равна резонансной частоте контура

где

Для регулировки частоты колебаний ставится конденсатор переменной емкости С_К параллельно катушке контура, тогда

Амплитуда генерируемых колебаний определяется из уравнения баланса амплитуд

Регулировка амплитуды колебаний осуществляется изменением величины , т. е. изменением емкостей С_БЭ, либо С_КЭ. Катушка контура не должна иметь отводов (должна быть многослойной или с малым числом витков).

Достоинства схемы заключаются в возможности плавной регулировки амплитуды колебаний и использовании автогенератора в диапазоне весьма высоких радиочастот (КВ и УКВ).

Недостатками являются необходимость применения параллельного питания коллекторной цепи и невозможности заземления ротора конденсатора переменной емкости С_К.

studfile.net