Решение:

Уровень - логарифмическая мера электрической мощности или напряжения. Это логарифм отношения мощности (напряжения) в данной точке цепи по отношению к мощности (напряжению) в точке, принятой за исходную, ДБ. Уровни по мощности и напряжению связаны друг с другом.

Рассмотрим связь между уровнем по напряжению и уровнем по мощности.

P U2 / Z U Z U Z Z LМ =10lg =10lg = 10lg( )2 −10lg = 20lg −10lg =LН −10lg P0 U0 / Z0 U0 Z0 U0 Z0 Z0 Отсюда получаем формулу для расчета LН R LН = LM +10 lg | | Z0

(9) (10)

L_Н = 4+10lg||= −3,782дБ

Ответ: L_H = -3,782 дБ.

Задача 5

1. Нарисуйте принципиальную схему задающего генератора, указанного в вашем варианте, объясните принцип его действия.

2. Составьте функциональную схему измерительного генератора, объясните назначение узлов.

3. Определите напряжение на нагрузочном сопротивлении, включенном на выходе генератора, если индикатор (вольтметр) генератора показывает U_В, а аттенюатор имеет характеристическое сопротивление R_a и затухание по мощности А_М. Данные к задаче приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Исходные данные к задаче 5

Параметр	Rн, Ом	UВ, В	Rа, Ом	АМ, дБ	Тип ЗГ
Значение для В-10	600	10	600	40	LC

Решение:

Низкочастотные ИГ (звуковой и ультразвуковой частот) вырабатывают синусоидальные колебания с плавно и ступенчато регулируемыми частотами (20 Гц - 200 кГц), амплитудой (от долей милливольт до 150 В) при нескольких фиксированных значениях сопротивления нагрузки, максимальной мощностью 1 мВт - 10 Вт.

Измерительные генераторы имеют малое выходное сопротивление, значение которого можно регулировать для согласования с сопротивлением внешней нагрузки. В них предусматривается регулировка в широких пределах частоты и напряжения (мощности) выходного сигнала.

Измерительный генератор состоит из задающего генератора (ЗГ), усилителя мощности,

выходного устройства (рисунок 2).

Рисунок 2 – Функциональная схема измерительного генератора низкой частоты

Задающий генератор создает стабильные по частоте и амплитуде синусоидальные колебания в требуемом диапазоне частот. Он во многом определяет характеристики ИГ (форму или периодичность выходного сигнала). В зависимости от схемного решения задающего генератора измерительные генераторы делят на генераторы LC-типа, RC-типа и генераторы на биениях.

Усилитель мощности обеспечивает развязку задающего генератора от нагрузки, усиливает напряжение (мощность) генерируемых колебаний (повышает энергетический уровень сигналов) на заданной нагрузке, т.е. согласует выход задающего генератора с выходным устройством ИГ.

Выходное устройство состоит из аттенюатора, согласующего трансформатора, электронного вольтметра. Аттенюатор изменяет, а электронный вольтметр контролирует уровень выходного напряжения (мощности), подводимого к нагрузке. Согласующий трансформатор согласует выходное сопротивление измерительного генератора с сопротивлением нагрузки, что обеспечивает получение максимальной выходной мощности и минимальных нелинейных искажений.

В генераторах LC-типа частота генерируемых колебаний f определяется емкостью С и

индуктивностью L колебательного контура задающего генератора по формуле:

(11)

где Q - добротность контура.

Так как контуры, применяемые в измерительных генераторах, имеют настолько боль-

шую добротность, что

(12)

где L в генри, а С в фарадах.

Схема простейшего LC-генератора на транзисторе с индуктивной связью и последовательным питанием (источник питания включен последовательно с контуром и транзистором) представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема простейшего LC-генератора на транзисторе

Генератор автоматически самовозбуждается при выполнении двух условий:

1. Условие амплитуд – амплитуда переменного напряжения (с частотой, равной резонансной частоте контура LC), поступающего на вход вследствие обратной связи между выходом и входом, должна быть достаточна для преодоления всех затуханий, которые претерпевает ток, возникающий в генераторе;

2. Условие фаз - фаза этого напряжения обратной связи должна совпадать с фазой первоначально возникших колебаний, попадать с ними в такт.

В данной схеме (рисунок 3) при включении питания в контуре LC благодаря заряду и последующему разряду конденсатора через катушку L возникнут колебания с частотой

При надлежащем включении обмоток трансформатора напряжение обратной связи, поступающее со вторичной обмотки трансформатора L_б через коллекторную цепь транзистора на контур LC, совпадет по фазе с первоначально возникшим там напряжением и будет поддерживать колебания, способствуя возрастанию их амплитуды. Если эта поддержка достаточна, то амплитуда будет автоматически возрастать за счет энергии питающего источника.

Однако напряжение этих колебаний поступает на базу через конденсатор С_б. До возникновения колебаний смещения на базе практически не было. После же их появления под воздействием отрицательных полуволн переменного напряжения, поступающих на базу и отпирающих транзистор VT (p-n-p), создаются импульсы тока базы, которые заряжают конденсатор С_б. В перерывах между этими импульсами конденсатор С_б разряжается через сопротивление R_б. много большее, чем емкостное сопротивление конденсатора С_б. В результате на сопротивлении R_б создается с небольшими перерывами постоянное напряжение, которое служит напряжением автоматического смещения. По мере нарастания амплитуды колебаний это напряжение также растет и сдвигает рабочую точку транзистора до тех пор, пока положение стабилизируется. Это произойдет, когда потери в цепи контура компенсируют воздействие положительной обратной связи, и, таким образом, возникшие в контуре незатухающие колебания с установившейся амплитудой и частотой f = могут быть использованы для последующего усиления и подачи на выход. Кроме того, конденсатор С_б сглаживает пульсации напряжения смещения, возникшего на сопротивлении R_б, а последнее нетрудно видеть, создает отрицательную обратную связь по постоянному току, чем способствует температурной стабилизации режима.

Регулировка частоты в таких генераторах осуществляется либо переключением фиксированных значений L и C, обеспечивающих некоторые фиксированные значения частоты (генераторы фиксированных частот), либо путем и ступенчатых и плавных изменений величин L и C для всего диапазона генерируемых частот (генераторы с плавной настройкой частоты). В первом случае исключается погрешность установки частоты по некоторому отсчетному устройству, но ограничено число устанавливаемых частот. Во втором случае имеется возможность установить любую частоту в рабочем диапазоне генератора, но погрешность установки частоты обязательно имеется, и для ее уменьшения необходим контроль частоты по точному прибору (например, цифровому).

Стабилизированный источник питания обеспечивает стабильность выходных параметров при колебаниях напряжения питающей сети.

Применение магазина затухания (аттенюатора) для введения в цепь определенного, указанного на нем затухания А_м требует согласованной нагрузки на его выходе.

Только в этом случае выходное напряжение уменьшится сравнительно с входным.

U

U_{ВЫХ A}M (13)

При несогласованной нагрузке на выходе расчеты по данной формуле не правомерны.

U ^−0,05⋅AM

U_{ВЫХ A}M = U_ВХ ⋅¹⁰ (14)

Так как U_ВХ=U_В, то

U_ВЫХ = U_В ⋅10^−0,05⋅AM (15)

На холостом ходу U_ВЫХ равно ЭДС источника для всех случаев, когда А_м20 дБ. Прак-

тически U_В равно

E

U_В = (16)

2

E=2U_В (17)

Тогда формула (15) принимает вид

U_ВЫХ = 2U_В ⋅10^−0,05⋅AM

При нагрузке генератора R_Н выходное напряжение на этой нагрузке

U_ВЫХ = i ⋅ R_Н (18)

По закону Ома:

E

i = (19)

Ra + Rн

E 2U^В ⋅R_н (20)

U_вых = ⋅R_н =

Ra + Rн Ra + Rн

Напряжение на нагрузочном сопротивлении R_Н, включенном на выходе генератора

определяется по формуле:

2⋅UВ ⋅ RН ⋅10−0,05⋅A_M

UВЫХ = RН + Rа (21)

2⋅10⋅600⋅10−0,05 40⋅

U_ВЫХ = = 0,1В

600+ 600

Ответ: U_ВЫХ = 0,1 В.

Задача 6

Приведите полную структурную схему электронного осциллографа. Объясните принцип получения изображения на экране осциллографа. Нарисуйте осциллограмму, получаемую на экране осциллографа за один период развертки, для 4 случаев Вашего варианта.

Вид развертывающего напряжения U_x, подаваемого на горизонтально отклоняющие пластины, приведен на рисунке 4.

Значение частоты f_y исследуемого синусоидального напряжения, подаваемого на вер-

тикальный вход, и период развёртки Т_х – приведены в таблице 5.

Рисунок 4 – Осциллограммы отклоняющих напряжений

Таблица 5 – Исходные данные к задаче 6

Параметр	fy, кГц	Tk, мс	Tпр, мс	Tобр, мс
Значение для В-10	4	2	1,75	0,25