. А чем больше R, тем более «активный характер» имеет сопротивление всей цепи, тем меньше сдвиг фаз между Iобщ и Uобщ. Существует частота, на которой при данном соотношении С и R сдвиг фаз между Iобщ и Uобщ равен 60°, и три такие цепочки поворачивают фазу в сумме на 180° (Р-98;3). Если изменить R или С в фазовращающих RС-цепочках, то сразу же изменится соотношение между R и хс. И прежнее соотношение между Iобщ и Uобщ, а значит, и прежний сдвиг фаз в 60° будут уже на другой частоте. А отсюда вывод: при изменении R или С изменится частота переменного напряжения на выходе генератора. Существуют и другие схемы генераторов с фазовращающими RС-цепочками, но механизм генерирования переменного напряжения у всех у них одинаков.
Т-176. В мультивибраторе два взаимосвязанных транзистора поочередно открывают друг друга, генерируют переменное напряжение прямоугольной формы. Есть бесконтурные генераторы, работающие на совершенно ином принципе. Это прежде всего мультивибратор (Р-99), в котором работают два транзистора, причем каждый из них управляет работой другого — коллектор каждого транзистора через конденсатор связан с базой своего соседа.
Р-99
В бурных событиях, которые происходят в мультивибраторе, немало действующих лиц (Р-99;2). Это напряжения на базах, которые в итоге определяют коллекторные токи, а значит, и напряжения на коллекторах. Это конденсаторы С'б и С"б от емкости которых зависит скорость их заряда и разряда, а значит, и время существования токов, которые влияют на режимы транзисторов. Это еще и резисторы R'б и R"б, которые не только определяют режимы транзисторов своими обычными методами, но еще и участвуют в заряде и разряде конденсаторов и тоже влияют на скорость этих процессов (Т-45).
Если детально разобраться в том, что происходит в мультивибраторе, в какие моменты времени, какие напряжения приложены к конденсаторам, какой величины и какого направления текут токи, как конкретно эти токи влияют на режимы транзисторов, то окажется, что транзисторы Т1 и Т2 внимательно следят друг за другом, каждый из них мгновенно реагирует на действия соседа. Именно мгновенно: такой быстроте реакции позавидовал бы любой боксер.
Как только один из транзисторов открывается, второй тут же закрывается— это результат сложного взаимодействия токов и напряжений в схеме. Проходит некоторое время (оно-то как раз и определяется скоростью заряда и разряда конденсаторов), закрытый транзистор мгновенно открывается, и тут же ответный удар — закрывается второй транзистор. В итоге транзисторы периодически и поочередно открываются и закрываются, а значит, токи у них и напряжение на коллекторах периодически меняются от своей наибольшей величины до наименьшей. На выходах мультивибратора (у него два выхода, поскольку два транзистора) появляются меняющиеся напряжения и токи, электронный генератор действует.
Т-177. На частоту колебаний в мультивибраторе влияют сопротивления и емкости всех его элементов. Частота переменных напряжений на выходах мультивибратора зависит от емкости конденсаторов и сопротивления резисторов, которые входят в его схему, и еще от смещения на базах, которое приходится преодолевать, чтобы запирать транзисторы. Практически изменение любого элемента схемы приводит к изменению частоты (Р-99;3) — с увеличением емкости С'б и С"б и сопротивлений R'б, R''б, R'н и R"н процессы заряда и разряда конденсаторов, отпирания и запирания транзисторов идут медленнее, частота мультивибратора уменьшается. Но, конечно же, существуют определенные ограничения на выбор элементов схемы, их нельзя менять как угодно, добиваясь нужной частоты. Так, например, чрезмерное уменьшение сопротивлений нагрузки R'н и R"н может настолько снизить усиление каскадов, что мультивибратор вообще перестанет работать. Срыв генерации может также произойти из-за чрезмерного уменьшения базовых резисторов R'б и R''б: «минус» на базе может оказаться таким большим, что разряжающийся конденсатор не сможет его скомпенсировать, не сможет запереть транзистор.
Подбором резисторов частоту мультивибратора удается менять в сравнительно небольших пределах, чтобы резко изменить частоту, приходится менять емкость конденсаторов. В частности, для получения очень низких частот в качестве С'б и С"б используют электролитические конденсаторы большой емкости (К-10). Некоторые варианты выбора деталей для мультивибратора на маломощных транзисторах, аналогичных П41, и соответствующие этим деталям частоты приведены в С-17. На Р-99;4 показана одна из схем мультивибратора, которая устойчиво работает при сравнительно больших изменениях одного из сопротивлений: изменяя Rэ можно менять частоту в четыре — восемь раз, что в других схемах можно сделать только за счет изменения емкости.
Т-178. Блокинг-генератор: из коллекторной цепи в базовую через трансформатор попадает сигнал, который периодически открывает и закрывает транзистор. Есть еще один распространенный тип генераторов, в котором всеми событиями управляет заряд — разряд конденсатора. Это блокинг-генератор, его упрощенная схема показана на Р-100.
Р-100
Знакомство с работой блокинг-генератора начнем с того момента, когда включено питающее напряжение и в коллекторной цепи появился ток. Нарастающий коллекторный ток сразу через трансформатор наведет напряжение UII в базовой цепи. Причем напряжение такой полярности (это зависит от того, как включена обмотка II), которая способствует еще большему открыванию транзистора. Транзистор открывается лавинообразно до полного насыщения (напряжение на нагрузке максимально, на самом коллекторе около нуля), а ток положительной обратной связи заряжает конденсатор Сб и при этом поддерживает транзистор в открытом состоянии. Но после того как этот конденсатор полностью зарядится до напряжения на обмотке II, ток через него прекратится и транзистор скачком закроется постоянным напряжением на конденсаторе, которое имеет положительную полярность относительно базы. Теперь напряжение Uс на конденсаторе Сб начинает постепенно уменьшаться, он разряжается чёрез резистор R. И вот наступает такой момент, когда конденсатор уже не может противодействовать «минусу», поступающему на базу через R: транзистор мгновенно открывается, в коллекторной цепи появляется ток и… И все начинается сначала — опять рывок коллекторного тока, опять заряд конденсатора, опять он закрывает транзистор, постепенный разряд конденсатора и в какой-то момент снова открывание транзистора и очередной рывок коллекторного тока…
Так в блокинг-генераторе транзистор, разумеется с помощью трансформатора и разрядной RC-цепочки, периодически сам себя открывает и закрывает, генерирует меняющееся напряжение. Частота этого напряжения зависит от того, сколько времени проходит от одного отпирания транзистора до следующего, а значит, главным образом зависит от постоянной времени разрядной цепи (Т-45), от сопротивления R и емкости Сб. Чем они больше, тем медленнее идет процесс разряда, тем ниже частота.
Т-179. От генератора часто требуется определенный характер изменения выходного сигнала, определенная форма кривой, спектр. Генератор с колебательным контуром и RС-генератор с фазовращающими цепочками дают на выходе синусоидальное напряжение. Конечно, не идеальную синусоиду, но обычно все же без значительных посторонних примесей. У блокинг-генератора на выходе остроконечные импульсы, у мультивибратора — прямоугольные, спектр и тех и других содержит большое число гармоник. Кстати, и само название «мультивибратор» переводится как генератор, который дает большое число различных колебаний, дает богатый спектр синусоидальных составляющих.
В электронной аппаратуре генераторы выполняют самую разную работу, и от них, бывает, требуются самые разные напряжения. Разные не только по своему уровню, по числу вольт, не только по частоте, но и по характеру изменения, по форме кривой, по спектру. Так, например, в некоторых устройствах автоматики синусоидальное напряжение непригодно, там нужен мультивибратор, на выходе которого напряжение растет не постепенно, как синусоида, а резко, скачкообразно. А для отклонения луча в телевизоре очень удобен генератор пилообразного тока на базе блокинг-генератора: он позволяет равномерно двигать луч по экрану (Т-253), и частоту его сравнительно легко синхронизировать, например, повторяющимися импульсами синхронизации.
Форма напряжения на выходе генератора не есть нечто неприкосновенное и неизменное. Существует много разных способов менять ее и получать от генератора не тот сигнал, что он хочет дать, а тот, что нужно. Влиять на форму сигнала можно с помощью различных фильтров, зарядных RC-цепочек, ограничителей, фазовращателей — словом, с помощью самых разных инструментов и методов хирургии электрического сигнала. Для иллюстрации — ультракороткие рассказы о трех из них.
Т-180. В умножителях частоты одну из высших гармоник выделяет настроенный на нее контур. Один способ изменения формы сигнала нам уже встречался — это превращение переменного напряжения в пульсирующее с помощью вентиля, полупроводникового диода (Т-135). Точно такую же операцию может выполнить транзистор (лампа), на который не подано начальное смещение: такой транзистор будет открываться только во время одного из двух полупериодов входного сигнала (на базе «минус»), вторую половину периода (на базе «плюс») коллекторная цепь бездействует.