Главная | Обратная связь

Лабораторна робота № 6

Генератори гармонічних сигналів

 

Мета роботи: вивчення особливостей роботи і вимірювання параметрів транзисторних RC і LC – генераторів синусоїдальних сигналів.

 

Теоретичні відомості

1.1 Принципи побудови автогенераторів.

 

Автогенератори будуються на основі підсилювачів, охоплених глибоким зворотним зв'язком. Автоколивальний синусоїдальний процес в таких системах може виникнути при одночасному виконанні наступних умов:

1 Зворотний зв'язок повинна бути позитивним (умова балансу фаз). Тільки в цьому випадку підсилення в системі може зростати.

2 Глибина позитивного зворотного зв'язку (ПЗЗ) повинна бути більше критичного (умова балансу амплітуди). При цьому підсилення в системі прагне до нескінченності, що і приводить до появи генерації.

3 Виконання умови 2 повинно здійснюватися тільки для однієї частоти (умова монохроматичності), на якій і виникають гармонійні коливання.

При появі генерації амплітуда коливань в лінійній системі необмежено росте. Стабілізація амплітуди можлива лише в нелінійних колах. На практиці ця стабілізація досягається шляхом автоматичного регулювання глибини ПЗЗ таким чином, щоб вона завжди складала критичну величину. Таке регулювання може виникати або за рахунок нелінійності самого підсилювача, або за допомогою спеціально введених в систему елементів.

Умова 1, 2, 3 найбільш просто реалізуються в смугових підсилювачах, охоплених ПЗЗ. На низьких частотах в якості частотозадавальних елементів використовуються смугові або перешкоджаючіRC-контури (RC-генератори).

Чим вище стабільність частотозадавального ланцюга і чим вужче її смуга пропускання, тим більш стабільна частота автоколивань.

 

LC-генератори

LC-генератори будуються на основі вузькосмугових резонансних підсилювачів з ПЗЗ. Частота автоколивань визначається резонансною частотою контуру. Типова схема генератора показана на рис. 6.1. Вона подає собою ПВЧ по схемі з загальним емітером, охоплений ПЗЗ через додаткову обмоткуW2. Ця обмотка зв'язана з індуктивним навантаженням контуруL. Величина сигналу зворотного зв'язку задається коефіцієнтом трансформаціїn=W1/W2, а знак зворотного зв'язку визначається в залежності від фаз обмоток.

ДільникR1, R2 служить для первісного зміщення транзистора в підсилювальний режим. Чим більше постійна що складає струм емітераI9, тим вище крутизна транзистора і тим краще його підсилювальні властивості. ВеличинаI8 повинна бути такий, щоб глибина ПОС в схемі досягала критичної величини.

ЛанцюгR2,C1 призначений для автоколивального зміщення транзистора в економічний режим"С" після виникнення генерації. ЄмністьC1 заряджається імпульсами базового струму транзистора і розряджається в паузі між ними через резисторR2. В результаті на ній виникає негативна напруга, що замикає транзистор (полярність напруги показана на рис. 6.1.

Амплітуда автоколивань на колекторі транзистораU_н встановлюється рівноїE_n. Подальшому зростанню цієї амплітуди перешкоджає втрата транзистором підсилювальних властивостей за рахунок появи на ньому негативної напруги. Таким чином, максимально можлива величина напруги на колекторі транзистора складе:

U_н+E_n =2*E_n (6.1)

Частота генерації визначиться відомим співвідношенням для даної схеми:

(6.2)

А умова виникнення автоколивань приймає вид:

(6.3)

 

Де: - коефіцієнт передачі струму бази транзистора,

- термодинамічний потенціал, =26 мВ.'

На частотах, що перевищують f_β транзистора, краще використати включення його по схемі з загальною базою. При цьому, ланцюг ПЗЗ організується з допомогою невеликої ємності, під'єднаної між колектором і емітером транзистора.

 

RC-генератори

В якості частотозадавальної ланки в RC-генераторах частіше усього використають міст Віна-Робинсона. Цей ланцюг і його частотні характеристики приведені на рис. 6.2. На частоті квазірезонансу моста коефіцієнти передачі K1 таK2 (ω)по двом плечам моста однакові і складають . Зсув по фазі між напругоюU1 іU2 на цій частоті дорівнює нулеві. На всіх інших частотах передача по частотозалежному плечу мостуK2 (ω)виявляється менш постійної величиниK1.

Для побудови генератора спільно з мостом Віна-Робинсона зручно використати операційний підсилювач (ОП). Типова схема генератора з застосуванням ОП показана на рис. 6.1 в). Частотонезалежна частина мостуR1, R2 використовується в ланцюзі ВЗЗ, а частотонезалежне плечеR, C, R, C, в ланцюзі ВЗЗ ОП. На частоті глибина ПЗЗ виявляється рівною глибині ВЗЗ і в схемі виникають автоколивання. На глибина ПЗЗ менш глибини НЗЗ і коливання виникнути не можуть.

Стабілізація амплітуди синусоїдального сигналу, що генерується забезпечується термістором прямого підігрівуR1. Так, наприклад, при збільшенні амплітуди сигналу зростає потужність, що виділяється в термісторе. В результаті опір термістора зменшується і дія ПЗЗ посилюється. Останнє приводить до порушення балансу амплітуди, умови самозбудження схеми погіршуються і амплітуда коливань падає. Навпаки, при зниженні цієї амплітуди термістор холоне, збільшує свій опір, і глибина ВЗЗ зменшується. Отже, в схемі починає домінувати ПЗЗ і амплітуда автоколивань зростає.

Чинність всіх розглянутих факторів відбувається водночас, в результаті чого ефективна напруга на термісторі встановлюється рівною напрузі стабілізаціїU_ст самого термістора. При цьому амплітуда вихідної напруги складе:

(6.4)

 

Перебудова розглянутого генератора по частоті може здійснюватися одночасною модифікацією або обох опорівR, або обох ємностейC. Регулювання амплітуди вихідної напруги виробляється з допомогою потенціометра, під'єднаного до виходу схеми.

 

Програма роботи

2.1ВLC - генераторі зняти залежність частоти автоколивань від величини ємностіC приR_н =10 кОм. Замалювати часові діаграми напруг на базі транзистора і на виходіLC - генератора.

2.2Зняти залежність амплітуди і частоти вихідної напругиLC - генератора від опору навантаженняR_н приС=. ВLC - генераторі зняти залежність частоти автоколивань від величини опорів приR_н=.

2.3ВRC –генераторі зняти залежність частоти автоколивань від величини опорів приR_н= .

2.4 Зняти залежність амплітуди і частоти вихідної напругиRC –генераторавід опору навантаження приR2= R3=.

 

3 Контрольні питання

3.1 Які основні принципи побудови автогенераторів гармонійних коливань?

3.2 Як впливає режим роботи транзистора в схеміLC - генераторі на його самозбудження?

3.3 Що впливає на частоту і амплітуду коливань на виходіLC - генераторі?

3.4 Що впливає на частоту і амплітуду коливань на виходіRC –генераторі?

3.5 Вплив елементів схемиRC –генераторіна стабільність частоти коливань.

 

Рисунок 6.1 – Схема LC – генератора

Рисунок 6.2 – Схема RC – генератора

Рисунок 6.3 -

Рисунок 6.4 -