Лабораторные работы / Второе полугодие / Лабораторная работа №11

Лабораторная работа №1

Исследование транзисторных автогенераторов

Цель работы: изучить различные схемы автогенераторов, построенных на транзисторах, ознакомиться с теорией и методами расчета. Экспериментально исследовать транзисторный автогенератор, изучить влияние на режим работы и частоту колебаний питающих напряжений, нагрузки.

Задание 1. Автогенератор на емкостной трехточке

Для исследования автогенератора на емкостной трехточке собрать схему, приведенную на рис.1.

Рис. 1 Схема автогенератора на емкостной трехточке

Автогенератор выполнен на транзисторе 2N2218A по схеме емкостной трехточки. Колебательным контуром, задающим частоту автогенератора, служит С5С6L2. Питание схемы осуществляется от источника постоянного напряжения. Коллекторные цепи транзисторов питаются от регулируемого источника напряжения V1. Смещение на базу транзистора подается от источника постоянного напряжения V2 через делитель R2R3. На коллектор же подается напряжение через блокирующую индуктивность L1, препятствует попаданию высоко-частотного напряжения в источник питания.

Конденсаторы С1 и С3 являются разделительными. Изменение коэффициента обратной связи осуществляется с помощью конденсатора С4, образующего с входной проводимостью транзистора делитель напряжения. Нагрузкой автогенератора служит резистор R4.

1) Для определения зависимостей f(E_с), f(E_к), f(Rн) наведите курсор мыши на источник V₂ и двойным нажатием левой кнопки мыши откройте его меню.

В данном случае напряжение смещения изменяем с помощью источника постоянного напряжения V2. В строке «Напряжение» устанавливаем напряжение источнике питания 8.2 В.

Устанавливаем V1= 17.7 В. После ввода напряжений нажимаем кнопку «ОК». Запускаем установку. Ждем установления стабильных колебаний (изменения в частоте не далее чем в последних трех цифрах в графе «Частота/Freq.» на пробнике). С помощью измерительного пробника определяем значение частоты сигнала. Выключаем установку.

2) Определение зависимости частоты сигнала f от напряжения смещения Ес. Повторяя предыдущий пункт и изменяя значения источника напряжения V2 в пределах от 8.2 до 9.12, снять зависимость f(Ec) и занести показания в таблицу 1. Значения Ec можно определить по измерительному пробнику на базе транзистора.

Таблица 1. Зависимость f от Ес

V2 (Ес), В
f, МГц

3) Определение зависимости частоты сигнала f от напряжения на коллекторе Ек. Установить на источнике V2 смещение Ес= 9 В. Изменяя напряжение на источнике V1 от 15.7 до 18.6 В с помощью пробника снять зависимость f(Eк).

Таблица 2. Зависимость f от Ек

V1 (Ек), В
f, МГц

4) Определение зависимости частоты сигнала f от сопротивления нагрузки Rн. Установить V1= 17.7 и V2= 9 B. Двойным нажатием левой кнопки мыши зайдите в меню резистора R4. Изменяя значение сопротивления нагрузки (R4) в пределах 3.2 – 8 кОм с шагом 0.5 кОм перед каждым запуском установки снять зависимость f(Rн).

Таблица 3. Зависимость f от R4

R4 (Rн), кОм
f, МГц

5) Определение зависимости частоты сигнала f от емкости в цепи обратной связи С4. УстановитьV1 = 17.7 и V2 = 9 B и R4 = 5 кОм. Двойным нажатием левой кнопки мыши зайдите в меню конденсатора С4. Изменяя значение емкости конденсатора (С4) в пределах 10-50 нФ снять зависимость f(С4).

Таблица 4. Зависимость f от С4

С4, нФ
f, МГц

Задание 2. Автогенератора с кварцевым резонатором

Для исследования автогенератора с кварцевым резонатором и резонансным усилителем соберите схему, приведенную на рис.2.

Рис. 2. Схема автогенератора с кварцевым резонатором и резонансным усилителем

Моделирование кварцевых генераторов с использованием моделей кварцевых резонаторов из библиотеки NI MULTISIM связано с определенными трудностями. Наиболее стабильную работу и возбуждение кварцевых генераторов обеспечивают схемы емкостной трехточки. Поэтому соберем генератор по схеме емкостной трехточки с возбуждением на основной гармонике кварца.

В связи с особенностями функционирования программы MULTISIM, работа схемы с кварцевой стабилизацией возможна при использовании неклассической схемы трехточки (кварцевый резонатор расположен между базой и эмиттером).

В схему добавлена цепь принудительного запуска генератора, выполненная на транзисторе Q1. Учитывая то, что амплитуда сигнала на выходе генератора достаточно мала(~ 7 мкА), для усиления сигнала используется резонансный усилитель, который также добавлен на схеме (рис. 2). Узкополосный усилитель выполнен на транзисторе Q3. Эмиттерный повторитель – натранзистореQ4.

Для корректной работы модели необходимо в меню «Моделирование/Установки смешанного моделирования (Simulate/Digital Simulation Settings)» задать параметр «Реальное(Real)», а в пункте «Моделирование/Настройки интерактивного моделирования (Simulate/Interactive Simulation Settings)» – параметры «Длительность шага (Maximum Time Step)» и «Начальный временной шаг (Initial Time Step)» установить равными 1е-009.

1) Необходимо снять зависимости f(Eк), f(Rн), для чего наведите курсор мыши на источник V1 и двойным нажатием левой кнопкой мыши откройте его меню. Установить на источнике V1 напряжение 10 В.

2) Определение зависимости частоты сигнала f от напряжения на коллекторе Ек.

Изменяя напряжение на источнике V1 от 10 до 10.4 В с шагом 0.1 В с помощью пробника снять зависимость f(Eк). Примечание: показания можно снимать только после того, как колебания установятся. Среднее время установления колебаний 10-20 сек.

Таблица 5. Зависимость f от Ек

V1 (Ек), В
f, МГц

3) Определение зависимости частоты сигнала f от сопротивления нагрузки Rн. Установить на источнике V1 напряжение 10 В. Изменяя сопротивление нагрузки R9 от 1 до 5 кОм с помощью пробника снять зависимость f(Rн).

Таблица 6. Зависимость f от Rн

R9 (Rн), кОм
f, МГц

4) Определение зависимости частоты сигнала f от напряжения смещения Ес.

Установить на источнике V1 напряжение 10 В. Установить R9 = 1.5 кОм. Изменяя одновременно сопротивления R4 и R6 от 9.5 до 10 кОм с шагом 0.1 кОм с помощью пробника снять зависимость f(Ес).

Напряжение на базе рекомендуется измерять с помощью второго канала осциллографа, подключив его к базе транзистора Q2, а для удобства наблюдения поменять цвет цепи.

Таблица 7. Зависимость f от Ес

Ec, В
R4, кОм
R6, кОм
f, МГц

Содержание отчета

1. Принципиальные схемы автогенераторов.

2. Заполненные таблицы 1 – 7.

2.1. Графики зависимостей для LC-автогенератора f(Eс), f(Ek), f(Rн), f(C4);

2.2. Графики зависимостей для кварцевого автогенератора f(Eк), f(Rн), f(Ес).

3. Величина абсолютной Δf и относительной погрешности Δf/f для LC и кварцевого автогенераторов.

5. Выводы по полученным результатам.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Правило составления трехточечных схем автогенераторов. Доказать, что в автогенераторе с автотрансформаторной или емкостной обратной связью возможно самовозбуждение.

2. Устойчивый и неустойчивый режимы работы. Условие устойчивости.

3. Почему в автогенераторе рекомендуется применять автоматическое смещение?

4. Почему в транзисторных автогенераторах необходимо подавать внешнее смещение?

5. Отличительные особенности построения транзисторных и ламповых автогенераторов.

6. Схема автогенератора с автотрансформаторной связью. Как определить коэффициент обратной связи в этой схеме?

7. Схема автогенератора с емкостной обратной связью. Как определить коэффициент обратной связи в этой схеме?

8. Условие устойчивости в автогенераторе. Баланс фаз и амплитуд.

9. Причины появления нестабильности частоты. Достижимые пределы нестабильности частоты в трехточечных схемах.

10. Схема автогенератора с кварцем между коллектором и базой. Какой трехточечной схеме он соответствует?

11. Схема автогенератора с кварцем между базой и эмиттером. Какой трехточечной схеме он соответствует?