Генератор на 1T308B транзисторе (лабораторная работа)

В данной статье рассмотрим работу коротковолнового генератора на транзисторе 1Т308Б.
Транзистор имеет германиевую основу, тип проводимости PNP. Предельный ток коллектора Ik=50 mA, предельная рассеиваемая мощность коллектора Pk=150 mW. Fгр=120 МГц.
Схема генератора подсмотрена у R2DNN:

Непонятная схема согласования с антенной, которую я не буду использовать в опытах.
Немного перерисуем схему:

Схему собираю на макетной плате. Практически генератор запускается даже без элементов С1 и С4, скорее всего - влияние емкостей макетки.

Для измерений воспользуемся осциллографом, анализатором спектра, и показаниями управляемого источника питания.

Наблюдаю генерацию даже при напряжении Up=0.3 В, Vpp=100 mV. Iп<0.001 А, что соответствует 0.025 мВт выходной! Это позволяет работать с таким генератором от минимальных напряжений, т. е. от одного солнечного элемента или одной пальчиковой батарейки!
Посмотрим на генерируемые сигналы, используя разные кварцевые резонаторы:

Up=5В, 7030 КГц, С2=240 пФ

Up=5В, 7030 КГц, С2=47 пФ, рост 2-ой гармоники

Up=9В, 3570 КГц, "Креслице"

Up=9В, 1825 КГц, запуск на 3Г (С1=1 пФ)

Up=9В, 1825 КГц, запуск на 1Г (С1=1200 пФ), "Кардиограмма"

Up=5В, 14000 КГц,  С2=240 пФ

Up=9В, 14000 КГц,  С2=47 пФ

Up=9В, 14000 КГц,  С2=240 пФ

Сигналы снимаются с нагрузки R=50 Ом.
Оценим теперь выходную мощность, КПД в зависимости от напряжения питания генератора для двух частот 14000 КГц и 7030 КГц:

Для оценки выходной мощности используем формулу P=Vpp*Vpp/400
Рассмотрим теперь параметры при неизменном Up и разном Rнагрузки, F=7030 КГц

Как видно, оптимальное сопротивление в качестве нагрузки оказалось равным 124 Ом.
Составим теперь таблицы при неизменном Up и  Rнагрузки=50 Ом, изменяем только резонатор.

Пометка 3G - показывает, что генерация возникла на 3-й гармонике.
Дальнейшие измерения проведем с помощью анализатора спектра. Данные будут более точными, чем оцененные по осциллографу.
Посмотрим на амплитуды первых трех гармоник в мВт и дБм, суммы трех гармоник, оценим КПД по 1 гармонике, по сумме гармоник.

В некоторых случаях, например для 3.5 МГц заметно, что уровень 1-й и 2-й гармоник мало отличается, что может быть использовано для двухчастотного маяка, при наличии двухдиапазонной антенны.

Выполним измерение частотного сдвига с помощью последовательной индуктивности и ёмкости. ("Утяг кварца"). КПЕ 5...180 пФ, индуктивности подборные.

Частоты приведены в МГц. Подключив к кварцу 3570.09 КГц индуктивность 200 мкГн, частота снизилась до 3569.2 КГц. С индуктивностью 470 мкГн, генератор не завелся.

Согласование выхода генератора с активной нагрузкой 50 Ом.
Выполним согласование нашего генератора, используя по возможности, ФНЧ на основе Г или П - цепей.
Начинаем с 14 МГц и движемся вниз по частоте. Считаем, что слева от фильтра расположен генератор, а справа - нагрузка 50 Ом. Тогда формула фильтра записывается как С параллельно выходу генератора + L последовательно выходу генератора + С параллельно нагрузке 50 Ом. В столбце "СУ" показаны номиналы элементов. Серым выделены оптимальные варианты подбора.

Обратите внимание, как изменяется КПД, при введении согласования. Для оптимальных "серых" вариантов проведена оценка выходного импеданса генератора в столбце R+jX.
Для 7 МГц и 3.5 МГц оптимальным оказалось последовательное включение индуктивностей, а не П/Г-цепочек.
Теперь посмотрим на "верхние" диапазоны.

По каким-то причинам максимальные значения по 1 гармонике получились при Г-цепи 0.8 мкГн + 150 пФ.

Оценка мощностного режима транзистора при питании 9 В
Оценим мощность рассеивания на коллекторе, а также все параметры, измеряемые выше для частот 7МГц, 14МГц и 10 МГц.

Сравниваются варианты питания 5В и 9В. Красным выделены значения сильно превышающие допуск транзистора (150 мВт). Честь и хвала этим германиевым транзисторам, выдерживающим даже пятикратные перегрузки в моих тестах! Посильную помощь транзистору оказывает алюминиевая пластинка, свернутая в трубку, и одетая сверху на шапочку. При работе радиатор теплый, но не горячий.

В заключение приведу зависимости от напряжения питания генераторов с учетом согласующих цепей.
3.5 МГц, 7 МГц, 10 МГц, 14 МГц

18 МГц, 21 МГц, 25 МГц

Осциллограммы сигналов, после введения согласования:

 7 МГц

14 МГц

25 МГц

Можно отметить сглаживание сигнала, его форма становится более синусоидальной. Приведу спектры сигналов. Слева без согласующего ФНЧ, справа с согласующим ФНЧ.

3.5 МГц, 5В

7 МГц, 5В

10 МГц, 5В

14 МГц, 5В

18.1 МГц, 5В

21.1 МГц, 5В

25 МГц, 5В

Отмечу еще одну особенность. Согласование можно получить как ФНЧ, так и ФВЧ, однако  ФНЧ уменьшает уровень, высших гармоник, что предпочтительно в  передатчике.

На следующих спектрограммах, ФНЧ слева, ФВЧ справа.

10 МГц, ФНЧ=100p+1u, Z=108-j49, ФВЧ=1,2u+252p

14 МГц, ФНЧ=22p+0,8u, Z=65-j74, ФВЧ=0,66u+163p

18.1 МГц, ФНЧ=0,8u+150p, Z=28-j66, ФВЧ=0,4u+108p

Еще опыты:

Без достаточной ёмкостной обвязки кварц 1.8 МГц любит запускаться сразу на третьей гармонике.

1.8 МГц, завелся на 3Г

Настройка генератора с кварцем 3.5 МГц, на максимум по 2Г.

                                                               3.5 МГц, 2Г - максимальна

Отмеченные особенности работы схемы:
 * С1 можно вводить для 160М (1.2 нФ) только чтобы создать генерацию на 1Г.
 * Нижний С2 оптимально около 240 пФ, меньше 100  1200 пФ всегда снижают амплитуду на выходе.
 * Имеет смысл уменьшать С2 менее 240 пФ только от 14 МГц и выше. Также сильное снижение приводит к росту 2 гармоники!
 * КПД генератора снижается с ростом напряжения питания и с ростом частоты.
* Оптимальное активное выходное сопротивление равно 124 Ома (такое же выходное сопротивление генератора).
 * Схема сохраняет генерацию и без С4. Возможно, это связанно с вносимой емкостью монтажной платы.
* Замена транзистора изменяет потребляемую и выходную мощность, а также распределение энергии по спектру сигнала
* Замена кварца в том же диапазоне изменяет соотношение гармоник, например для 7030 Г1=63 мВт, Г2=36 мВт, для 7023 Г1=68 мВт, Г2=35 мВт.

Для связи mail:  lis-soft /*at*/rambler   точка   ру
Лавриненков Игорь / R2AJA