Генератор Клэппа

Генератор Клаппа или генератор Гурье — это электронный LC- генератор , который использует определенную комбинацию индуктора и трех конденсаторов для установки частоты генератора. LC-генераторы используют транзистор (или вакуумную лампу , или другой элемент усиления) и цепь положительной обратной связи . Генератор имеет хорошую стабильность частоты.

История

Конструкция генератора Клэппа была опубликована Джеймсом Килтоном Клэппом в 1948 году, когда он работал на General Radio . ^[1] По словам чешского инженера Иржи Вацкаржа, генераторы такого типа были независимо разработаны несколькими изобретателями, а один, разработанный Гурье , эксплуатировался на BBC с 1938 года. ^[2]

Схема

Генератор Клэппа (цепь смещения постоянного тока не показана)

Генератор Клэппа использует одну катушку индуктивности и три конденсатора для установки частоты. Генератор Клэппа часто изображается как генератор Колпитца , который имеет дополнительный конденсатор ( $C 0$ ), включенный последовательно с катушкой индуктивности. ^[3]

Частота колебаний в герцах (циклах в секунду) для схемы на рисунке, в которой используется полевой транзистор ( FET ), составляет

f_{0}={1 \over 2\pi }{\sqrt {{1 \over L}\left({1 \over C_{0}}+{1 \over C_{1}}+{1 \over C_{2}}\right)}}\ .

Конденсаторы $C 1$ и $C 2$ обычно намного больше $C 0$ , поэтому член $1/ C 0$ доминирует над другими емкостями, а частота близка к последовательному резонансу $L$ и $C 0$ . В статье Клэппа приводится пример, где $C 1$ и $C 2$ в 40 раз больше $C 0$ ; это изменение делает схему Клэппа примерно в 400 раз более стабильной, чем генератор Колпитца для изменений емкости $C 2$ . ^[4]

Конденсаторы $C0$ , $C1$ и $C2 образуют делитель напряжения$ $,$ $который$ определяет величину напряжения обратной связи, подаваемого на вход транзистора $.$

Хотя схема Клаппа используется как генератор переменной частоты ( VFO ), делая $C 0$ переменным конденсатором, Вацкарж утверждает, что генератор Клаппа «может использоваться только для работы на фиксированных частотах или, самое большее, в узких полосах (макс. около 1:1,2)». ^[5] Проблема в том, что в типичных условиях коэффициент усиления контура генератора Клаппа изменяется как $f -3$ , поэтому широкие диапазоны будут перегружать усилитель. Для VFO Вацкарж рекомендует другие схемы. См. Генератор Вацкаржа .

Практический пример

Практический пример генератора Клэппа. Выходная частота 10 МГц.

На схеме показан пример со значениями компонентов. ^[6] Вместо полевых транзисторов можно использовать другие активные компоненты, такие как биполярные транзисторы или вакуумные лампы , способные обеспечивать усиление на желаемой частоте.

Усилитель с общим стоком имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Поэтому вход усилителя, затвор, подключен к высокоомной вершине LC-цепи C0, C1, C2, L1, а выход усилителя, источник, подключен к низкоомному отводу LC-цепи. Утечка сетки C3 и R1 автоматически устанавливают рабочую точку через смещение утечки сетки . Меньшее значение C3 дает меньшее гармоническое искажение , но требует большего нагрузочного резистора. Ток питания для J1 протекает через радиочастотный дроссель L2 на землю. Радиочастотный ток генератора использует C2, поскольку для частоты генератора этот компонент имеет меньшее реактивное сопротивление . Нагрузочный резистор RL является частью моделирования, а не частью схемы.

Ссылки

^ Клапп, Дж. К. (март 1948 г.). «Индуктивно-емкостной генератор необычной стабильности частоты». Proc. IRE . 367 (3): 356–358. doi :10.1109/JRPROC.1948.233920. S2CID 51652881.
^ Вацкарж, Иржи (декабрь 1949 г.). LC-генераторы и их стабильность частоты (PDF) (отчет). Прага, Чехословакия: Tesla National Corporation. Tesla Technical Report. Архивировано из оригинала (PDF) 24-01-2009 . Получено 20-12-2008 .
^ Министерство армии (1963) [1959]. Основная теория и применение транзисторов . Довер. стр. 171–173. TM 11-690. Модификация генератора Колпитца путем включения конденсатора последовательно с обмоткой 1–2 трансформатора приводит к генератору Клэппа.
^ Клэпп 1948, стр. 357
↑ Вацкарж 1949, стр. 5–6
^ Хейворд, Уэс (1994). "Рисунок 7.8. Вариант Клэппа генератора Колпитца". Введение в радиочастотный дизайн. США: ARRL. стр. 274. ISBN 0-87259-492-0.

Дальнейшее чтение

Ульрих Л. Роде, Аджай К. Поддар, Георг Бёк «Дизайн современных микроволновых генераторов для беспроводных приложений», John Wiley & Sons, Нью-Йорк, май 2005 г., ISBN 0-471-72342-8 .
Джордж Венделин, Энтони М. Павио, Ульрих Л. Роде «Проектирование СВЧ-цепей с использованием линейных и нелинейных методов», John Wiley & Sons, Нью-Йорк, май 2005 г., ISBN 0-471-41479-4 .
А. Гребенников, Проектирование транзисторных генераторов на ВЧ и СВЧ. Wiley 2007. ISBN 978-0-470-02535-2 .

Внешние ссылки

Медиа, связанные с генераторами Клэппа на Wikimedia Commons
EE 322/322L Беспроводная коммуникационная электроника — Лекция № 24: Генераторы. Генератор Клэппа. Запуск VFO