Лабораторные работы_рус РАДИОЭЛЕКТРОНИКА

3. Порядок выполнения работы

3.1.Принадлежности к работе

3.3.1.Стенд для исследования работы генератора;

3.3.2.Осциллограф С1-70;

3.3.3.Генератор высокой частоты Г3-112;

3.3.4.Цифровой вольтметр Щ4300;

3.3.5.Источник питания БНН3-27;

3.3.6.Генератор стандартных сигналов.

3.2.Описание лабораторной установки

Вид лабораторного стенда показан на рис.4.

Рис.4. Экспериментальный (радиоэлектронный) стенд для изучения работы генератора на туннельном диоде

Лабораторная установка позволяет исследовать работу автогенератора в невозбужденном режиме при гармоническом

162

внешнем воздействии и в автоколебательном режиме. В первом случае тумблер «Режим» должен находиться в положении «Внешн. воздействие». При этом гнезда Г1, к которым подводится гармонический сигнал от внешнего генератора, подсоединяются к точкам А и Б схемы, как это показано на рис.3. При исследовании автогенератора точки А и В закорачиваются тумблером «Режим».

Туннельный диод по переменному току подключается параллельно контуру. Коэффициент включения контура р со стороны диода можно установить равным 0; 0,07, 0,5 и 1 с помощью переключателя «Коэффициент включения».

Рабочая точка диода определяется постоянным напряжением смещения U0 , значение которого можно

регулировать в пределах от 0 до 1 В с помощью потенциометра «Смещение». Это напряжение измеряется вольтметром базового устройства.

В установке гнезда Г3 и Г4 подключаются к индуктивности контура. К этим гнездам для измерения и индикации выходного напряжения подключается цифровой вольтметр и осциллограф.

3.3. Рабочее задание

3.3.1.Исследование работы генератора

3.3.1.1. Исследовать явление регенерации за счет отрицательного внутреннего сопротивления туннельного диода. Снять зависимость эквивалентной добротности регенерированного последовательного контура от напряжения

значение сопротивления, шунтирующего контур.

3.3.1.2. Подготовить приборы и установку к работе. Подключить калиброванный выход генератора к гнездам Г1, установить выходное напряжение ГСС равным 1 мВ. Переключить тумблер «Род работы» в положение «Внешнее воздействие». Подключить милливольтметр и Y-вход осциллографа к гнездам

163

Г3 и Г4. Установить p 0 . Потенциометр «Смещение» вывести

в крайнее левое положение.

3.3.1.3. Установить частоту внешнего генератора равной резонансной частоте последовательного контура. Определить добротность контура, учитывая, что при Uвх=1 мВ напряжение

на индуктивности U в мВ при резонансе численно равно

L

добротности контура.

3.3.1.4. Установить p 0, 07. Плавно изменяя постоянное напряжение U0 , снять зависимость UL U0 . Отметить точки, в

которых U максимально и минимально, а также точки, в

L

которых величина U равна значению, полученному в п. 1.2.

L

3.3.1.5. Во всех этих точках найти добротность контура и рассчитать значение сопротивления, шунтирующего контур. 3.3.1.6. Снять зависимость амплитуды генерируемых колебаний от смещения при: а)р=0,5; б)р=1. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения при трех, значениях

U0 , (0,1; 0,2; 0,4 В). Перевести тумблер «Род работы» в положение «Авто-генерация». Установить заданное р.

При выполнении следует сначала увеличить U0 , от 0

до 0,8 В, а затем уменьшить от 0,8 В до 0, отмечая точки возникновения и срыва колебаний.

3.3.1.7. Снять зависимость частоты генерируемых колебаний от смещения при: а)р=0,5; б)р=1. Измерять частоту автоколебаний методом сравнения с помощью электронного осциллографа.

Подать на Х-вход осциллографа гармонический сигнал от генератора амплитудой, приблизительно равной 1 В. Выключить развертку осциллографа.

Для различных значений U0 , изменяя частоту внешнего

генератора, зафиксировать значения частот, при которых на экране осциллографа получается эллипс.

164

4. 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.Объяснить зависимость дифференциального внутреннего сопротивления туннельного диода от значения приложенного к нему постоянного напряжения.

5.2.Изложить зависимость эквивалентной добротности контура, зашунтированного диодом, от значения постоянного напряжения, приложенного к диоду.

5.3.Зависимость отрицательного сопротивления, необходимого для самовозбуждения схемы, от коэффициента подключения контура к туннельному диоду и собственной добротности контура.

5.4.Изобразить зависимость среднего внутреннего сопротивления туннельного диода от амплитуды переменного напряжения на диоде при выборе рабочей точки на середине падающего участка вольт-амперной характеристики.

6.Литература

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

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

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

Дону, 2004.

165

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №11

СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

1. Цель работы

Анализ вольт-амперных характеристик пассивных двухполюсников резистивного типа, управляемых источников энергии, а также исследование процессов, происходящих в конденсаторе и катушке индуктивности с помощью системы моделирования и анализа электрических схем Electronics Workbench.

2. Теоретические сведения

Программа Electronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов (более подробно смотри в Приложении 2).

Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений. Простые компоненты описываются набором параметров, значения которых можно изменять непосредственно с клавиатуры, активные элементы - моделью, представляющей собой совокупность параметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное представление. Модель выбирается из списка библиотек компонентов, параметры модели также могут быть изменены пользователем.

Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно. Результаты моделирования можно вывести на

166

принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.

Элементы электрической цепи можно разделить на элементы, генерирующие энергию (источники питания, активные элементы), элементы, преобразующие электромагнитную энергию в другие формы энергии (резистивные элементы), и элементы, запасающие и отдающие энергию (реактивные элементы). Свойства первых двух групп элементов можно описывать зависимостями тока через них от напряжения (вольт-амперными характеристиками). Исследовать их свойства, можно применяя сигналы, не изменяющиеся во времени. Токи и напряжения в реактивных элементах связаны интегро-дифференциальными зависимостями, и для исследования их свойств необходимо генерировать изменяющиеся во времени сигналы.

2.1. Независимые идеальные источники питания

Простейшими источниками питания в электротехнике являются идеальные источники тока и напряжения. Они имеют бесконечно большую мощность. Свойства и обозначения основных типов идеальных источников (активных двухполюсников), использующихся в электротехнике и имеющихся в Electronics Workbench, приведены в табл.1.

2.2. Зависимые источники питания

Зависимые источники питания представляются четырехполюсниками и являются идеальными источниками питания, управляемыми входным сигналом тока или напряжения. При этом величина выходного напряжения или тока в каждый момент времени определяется мгновенным значением входного управляющего сигнала и коэффициентом передачи четырехполюсника в соответствии с табл.2.

2.3. Резистор

Вольт-амперная характеристика линейного резистора выражается законом Ома, который и является для этого элемента компонентным уравнением (табл.3.).

167

2.4. Неидеальный источник напряжения

Этот источник напряжения представляет собой блок, который составляется из двух описанных элементов: идеального источника ЭДС и последовательно с ним включенного резистора (рис.1а).

Рис.1. Неидеальные источники

2.5. Неидеальный источник тока

Неидеальный источник тока представляет собой блок, который составляется из двух описанных элементов: идеального источника тока и параллельно с ним включенного резистора

(рис.1б).

2.6. Конденсатор и катушка индуктивности

Интегро-дифференциальные соотношения, определяющие связь между токами и напряжениями и величину запасаемой энергии в реактивных элементах, приведены в табл.4.

3.Порядок выполнения работы

3.1.Исследуемые элементы

3.1.1.Источники: постоянной ЭДС, постоянного тока, гармонической ЭДС, гармонического тока.

3.1.2.Источники ЭДС: управляемый напряжением, управляемый током.

3.1.3.Источники тока: управляемый напряжением, управляемый током.

3.1.4.Конденсаторы.

3.1.5.Катушки индуктивности

3.1.6.Блок конденсатора с неизвестной емкостью

3.1.7.Блок катушки с неизвестной индуктивностью

3.1.8.Резисторы

168

Обозначения и свойства двухполюсных идеальных источников питания

Таблица 1

169

Обозначения и свойства управляемых (четырехполюсных) идеальных источников питания

170