Лабораторные работы_рус РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9

ИЗУЧЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ LC-АВТОГЕНЕРАТОРА

1. Цель работы

Исследование типичных режимов самовозбуждения LC- генератора и поведения автогенератора при внешнем гармоническом воздействии. В работе измеряются колебательные характеристики нелинейного элемента, экспериментально исследуется влияние коэффициента обратной связи на амплитуду генерируемых колебаний для мягкого и жесткого режимов генерации; исследуются режим установления колебаний в автогенераторе.

2. Теоретические сведения

Принципиальная электронная схема типичного LC- автогенератора показана на рис.1, он представляет собой автогенератор на транзисторе с LC-контуром в цепи коллектора с трансформаторной обратной связью.

Рис. 1. Электрическая схема LC-генератора

В стационарном режиме петлевой комплексный коэффициент усиления автогенератора имеет вид:

151

равная отношению амплитуды первой гармоники коллекторного тока Ik1m к амплитуде напряжения на базе транзистора:

Z эк - эквивалентное сопротивление колебательного контура.

Условие стационарности колебаний в автогенераторе (1.) можно записать в виде двух условий:

где n=0,1,2….

Формула (3) позволяет определить частоту генерируемых колебаний. Для схемы (рис.1) s 0, т.е. фаза первой гармоники коллекторного тока совпадает по фазе с

совпадает с резонансной частотой контура r p 1∕ LC .

152

Из условий (1’) можно определить амплитуду генерируемых колебаний. Равенство амплитуд необходим в точке пересечения колебательной характеристики

и графика обратной связи

В «мягком» режиме такая точка пересечения одна и соответствует устойчивым стационарными колебаниям. В «жестком» режиме таких точек пересечения две, устойчивым колебаниям соответствует точка, для которой крутизна колебательной характеристики меньше крутизны характеристики обратной связи.

Процесс установления колебаний в автогенераторе при мягком режиме самовозбуждения описывается нелинейным дифференциальным уравнением Ван-дер-Поля. Решение этого уравнения методом медленно меняющихся амплитуд позволяет получить закон изменения амплитуды колебаний в процессе установления

где Ur - амплитуда генерируемых колебаний в стационарном режиме; U0 - начальная амплитуда колебаний;

153

Предполагая Ur /U0 1 и определив время установления колебаний ty как время, в течение которого амплитуда

процессами, обычно бывает порядка 105-107.

Анализ выражения (6) показывает, что амплитуда генерируемых колебаний в стационарном режиме не зависит от начальных условий, а время установления зависит от начальной амплитуды и параметров элементов схемы.

3. Порядок выполнения работы

3.1.Принадлежности к работе

3.1.1.Стенд для исследования работы LC – генератора;

3.1.2.Осциллограф С1-70;

3.1.3.Генератор высокой частоты Г3-112;

3.1.4.Цифровой вольтметр Щ4300;

3.1.5.Источник питания БНН3-27.

3.2.Описание лабораторной установки

На специальном макете собран транзисторный LCавтогенератор и ряд вспомогательных узлов, позволяющих исследовать работу автогенератора, которая показана на рис.2. Необходимые для этого коммутации осуществляются переключателем «Род работы», имеющим три положения: 1 – «Обратная связь выключена.», 2 – «Обратная связь включена.», 3 – «Внешний генератор». При разомкнутой обратной связи (положение «1») можно снимать колебательную характеристику автогенератора. Причем размыкание цепи обратной связи не изменяет режима работы схемы. В положении «2» может быть

154

проведено исследование автогенератора в стационарном режиме. В положении «3» можно исследовать автогенератор при внешнем воздействии, которое подается через

вспомогательный трансформатор Tp1 с коэффициентом трансформации, близким к единице.

«ВГ»

Рис.2. Экспериментальный стенд для исследования работы LC-генератора

Ручкой «Смещение» можно плавно изменять напряжение смещения, которое измеряется вольтметром базового устройства, имеющим шкалу, рассчитанную на 1В.

В схеме величина коэффициента обратной связи

колебательному контуру может подключаться шунтирующее сопротивление. Гнездо Г1 используется для подключения внешнего воздействия, гнездо Г2– для его измерения с помощью внешнего вольтметра. К гнездам Г3 и Г4 подводятся переменное напряжение с коллектора транзистора и напряжение обратной связи.

155

3.3.Рабочее задание

3.3.1.Собрать схему генератора. Подключить к гнездам «А»

Г/1 генератор высокой частоты, к гнездам V3 и V2 – цифровые

вольтметры.

3.3.2.Добиться резонанса изменением частоты генератора, предварительно установив смещение Uб0 0,8 и Uб 80мВ .

3.3.3.Снять зависимость Uk Uб при заданных значениях

напряжения смещения, подавая разные напряжения возбуждения Uб от 0 до 2 В.

3.3.4.Получить коэффициенты обратной связи, для личных расстоянии между катушками.

3.3.5.Собрать схему исследования. Установить переключатель

«Род работы» в положение 1 – «ОС выкл.». Подключить к

гнездам Г1 генератор высокой частоты; к гнездам Г3 и Г2 – цифровые вольтметры.

3.3.6.Настроить схему в резонанс изменение частоты

3.3.7.Для измерения напряжения обратной связи отключить внешний вольтметр от гнезд Г2 и подключить к гнездам Г4.

3.3.8.Изменяя амплитуду выходного напряжения генератора высокой частоты, добиться, чтобы напряжение на контуре,

измеряемое вольтметром, подключенным к гнездам Г3, равнялось 1 В.

3.3.9.Снять зависимость напряжения обратной связи U от

расстояния между катушками l.

При Uk =1 В значение напряжения обратной связи U в вольтах численно равно коэффициенту обратной связи. Построить график зависимости l

3.3.10. На графике колебательных характеристик построить семейство прямых обратной связи, соответствующих различным значениям коэффициента обратной связи .

156

Для этого отложить значения напряжения обратной связи по оси абсцисс Uб , а Uk 1B - по оси ординат; через

отмеченные точки и начало координат провести линии постоянных значений коэффициента обратной связи.

3.3.11. Располагая экспериментально снятыми колебательными характеристиками и семейством прямых обратной связи,

рассчитать и построить зависимость Uk для жесткого и мягкого режимов самовозбуждения в режиме генерации.

3.3.12.Снять зависимость амплитуды генерируемых колебаний от коэффициента обратной связи при Uб0 0,8; 0,6 и 0,4 В.

3.3.13.Провести переключатель «Род работы» в положение 2 – «ОС вкл.», отключить вольтметр, подключенный к гнездам Г4.

3.3.14.Снять зависимость Uk l , фиксируя напряжение на

контуре автогенератора (гнезда Г3) при уменьшении и увеличении расстояния между катушками. Отметить расстояния, соответствующие возникновению и срыву колебаний в автогенераторе.

полученным в п. 3.3.9. лабораторного задания.

3.3.16. Исследовать действие внешней гармонической э.д.с. на автогенераторе при

Ec 0, 2U, ; Ec 0, 4Uб ; Ec 0,6Uб ; Ес 0,8Uб

3.3.17. Перевести переключатель «Род работы» в положение 3 – «ВГ». Подключить вольтметр к гнездам Г2 для контроля напряжения на базе свободного автогенератора. Электронный осциллограф подключить к гнездам Г3.

3.3.18. Установить Uб 0 0, 6В и 1,5 кр при Ес 0.

Измерить напряжение на базе транзистора Uб (гнезда Г2). 3.3.19. Определить абсолютную ширину полосы захватывания для: Ec 0, 2Uб ; Ес 0, 4Uб ; Ес 0,6Uб ; Ес 0,8Uб

Изменяя частоту генератора высокой частоты, по осциллограмме выходного напряжения определить частоты, соответствующие границам полосы захватывания. Вне полосы

157

захватывания имеет место режим биений, что заметно по осциллограмме напряжения на контуре.

3.3.20. Повторить исследования в том же порядке, зашунтировав контур автогенератора сопротивлением Rш 10кОм.

5.Отчет

Отчет должен содержать:

1)принципиальную схему исследуемого автогенератора;

2)расчеты, проделанные при выполнении домашнего задания;

3)таблицы, графики и осциллограммы, полученные при выполнении лабораторного задания;

4)сравнение данных расчета и эксперимента, выводы по выполненной работе.

5.Контрольные вопросы

5.1.В чем сущность квазилинейного метода?

5.2.Дайте определение колебательной (амплитудной) характеристики?

5.3.Поясните методику экспериментального снятия колебательных (амплитудных) характеристик автогенератора.

5.4.Чем определяется возможный режим самовозбуждения автогенератора?

5.5.Каковы условия стационарности колебаний в автогенераторе?

5.6.Охарактеризуйте особенности жесткого и мягкого режимов самовозбуждения.

6.Литература

6.1.Джонс М.Х. Электроника-практический курс. М.: Постмаркет, 1999.

6.2.Баскаков С.И. Радиотехнически цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2003.

6.3.Лачин В.И., Савёлов Н.С. Электроника, Феникс, Ростов-на-

Дону, 2004.

158

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

ГЕНЕРАТОРЫ КОЛЕБАНИЙ НА ТУННЕЛЬНОМ ДИОДЕ

1. Цель работы

Исследование работы генератора с внутренней обратной связью. В работе экспериментально проверяется условие самовозбуждения автогенератора на туннельном диоде, исследуется явление регенерации за счет отрицательного внутреннего сопротивления диода и снимается зависимость амплитуды генерируемых колебаний от постоянного напряжения, приложенного к диоду.

2. Теоретические сведения

Возникновение в колебательной цепи незатухающих колебаний можно рассматривать как результат внесения в нее «отрицательной» сопротивления, компенсирующего положительное сопротивление цепи. В отрицательном

компенсирующая потери, поэтому активный элемент генератора вместе с управляющей им цепью обратной связи эквивалентен

некоторому Rдифф 0. Вместе с тем Rдифф 0 возникает в ряде приборов, вольт-амперная характеристика которых имеет падающий участок (рис.1) при изменении U и I в пределах этого участка. Эти приборы применяются в генераторе без использования специальной цепи обратной связи, включая их в состав колебательной цепи и выбирая постоянное напряжение смещения Uсм таким образом, чтобы рабочая точка лежала в пределах падающего участка вольт-амперной характеристики. К таким приборам относятся, например, туннельные диоды.

Рассмотрим схему из последовательно соединенных туннельного диода и сопротивления. Для того чтобы найти ток

159

через диод, проведем нагрузочную прямую на вольт-амперную характеристику диода, как показано, на рис.1.

На рис.1. показано семейство нагрузочных прямых

характеристику в одной точке и так постоянно возрастает. В пределах 0,4 В нагрузочная прямая пересекает характеристику в трех точках. При этом два решения, отвечающие внешним точкам пересечения, устойчивы, а внутренней точке – неустойчиво. При приближении V к 0,5 В нагрузочная прямая сходит с горба характеристики, и мы опять получаем одно решение.

Заметим, что существует область напряжения, где возможны два значения тока. Действительное значение тока зависит от того, уменьшалось или увеличивалось V .

При установке рабочей точки на падающем участке характеристики внутреннее сопротивление диода окажется отрицательным. Эквивалентная схема контура, шунтированного

отрицательным сопротивлением Ri, показана на рис.3.

160