20

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторної роботи №3

ГЕНЕРАТОРИ ГАРМОНІЧНИХ КОЛИВАНЬ

з дисципліни

“ ОСНОВИ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ”

для студентів за професійним спрямуванням

0910 “Електронні апарати”

усіх форм навчання

2001

Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи “Генератори гармонічних коливань” з дисципліни “Основи радіоелектроніки” для студентів за професійним спрямуванням 0910 “Електронні апарати” усіх форм навчання. Уклад. Шинкаренко Е. М., комп’ютерний набір – Маркович В.О. - Запоріжжя: ЗДТУ, 2000, - 20 с.

Укладач: Шинкаренко Едуард Миколайович, ст. викладач

Рецензент: Петрищев Олексій Олександрович, к. т. н., доцент

Відповідальний за випуск Крищук Володимир Миколайович, к.т.н., доцент

Затверджено

на засіданні кафедри К В Р

“ “_____________2000 р.

Протокол №________

ЗАГАЛЬНІ МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

Основна мета лабораторних робіт: вивчити принципи побудови і функціонування аналогових електронних схем РЕЗ.

Перед початком виконання будь-якої лабораторної роботи кожний студент виконує вимоги розділу “Підготовка до роботи” методичних вказівок. Студенти, не підготовлені до роботи, до занять не допускаються.

У процесі виконання роботи студенти вносять результати вимірювань і випробувань в протокол і по закінченні роботи представляють викладачеві на підпис.

Для отримання заліку по роботі кожний студент пред’являє викладачеві звіт, оформлений відповідно до вимог, перерахованих в методичних вказівках до роботи, і проходить співбесіду з викладачем.

Студент, що не здав попередньої роботи, не може бути допущений до виконання наступної.

Лабораторна робота 3 генератори гармонічних коливань

Мета роботи – вивчення принципів роботи LC- та RC-генераторів гармонічних коливань та умов їх стабільної роботи, побудова і дослідження електронних схем генераторів в програмі моделювання “Electronics Workbench”.

Студент повинен знати:

• призначення та основні параметри генераторів гармонічних коливань;

• структурну схему побудови генераторів;

• умови збудження та стаціонарності коливань в генераторі гармонічних коливань;

• фактори, що впливають на стабільність частоти та амплітуди коливань;

• конструктивні засоби стабілізації частоти та амплітуди коливань.

Студент повинен уміти:

• визначити тип генератора за його принциповою схемою;

• визначити призначення всіх елементів, що входять до складу генератора;

• розрахувати частоту коливань LC- та RC-генераторів;

• проводити моделювання схем LC- та RC-генераторів за допомогою програми “Electronics Workbench”.

1Короткі теоретичні відомості

1.1Основні поняття

Генератором гармонічних коливань називають пристрій, що без стороннього збудження перетворює енергію джерела живлення в енергію гармонічного коливання.

Генератор складається з джерела живлення, кола, в якому збуджуються та підтримуються коливання, та активного елемента, що перетворює енергію джерела живлення в енергію гармонічних коливань. Активними елементами є електронні лампи або напівпровідникові прилади (транзистори, тунельні діоди, діоди Ганна).

Схемотехнічний генератор – це підсилювач із глибоким позитивним зворотнім зв’язком (ЗЗ), див. рис. 1 .1. Глибина ЗЗ підбирається такою, при якій підсилювач самозбуджується та генерує незатухаючі коливання. Розрізняють генератори з зовнішнім та внутрішнім ЗЗ.

Генератори з зовнішнім ЗЗ реалізуються на вузькополосному підсилювачі, з виходу якого частина енергії коливання повертається на вхід. Частотна вибірковість, як і в фільтрах, може забезпечуватись за допомогою резонансних LC-контурів, п’єзоелектричних та електромеханічних резонаторів, а також RC-кіл. Найбільш поширені LC- та RC-генератори. Перші використовуються на високих частотах, другі на низьких.

Рисунок 1.1 - Структурна схема генератора гармонічних коливань

Частота коливань в LC-генераторі f_г близька до резонансної частоти контуру:

(1.0)

Звідси бачимо, що для генерування коливань із низькими частотами потрібні великі індуктивності та ємності, використання яких ані технологічно, ані конструктивно не обгрунтоване.

Тому LC-генератори використовуються для генерування гармонічних коливань в диапазоні від 100 кГц до 100 МГц.

Частота коливань RC-генераторів пропорційна частоті зрізу RC-кіл:

(1.0)

RC-генератори можуть генерувати гармонічні коливання в широкому диапазоні частот від долей герца до сотен кілогерц.

Малогабаритні резистори та конденсатори можуть мати великі номінальні значення параметрів, тому RC-генератори більше використовуються в нижній частині діапазону, де вони мають малі габарити та масу в порівнянні з LC-генераторами.

Генератори з внутрішнім ЗЗ реалізуються на активних елементах, у яких ВАХ має ділянку від’ємного диференційного опору, наприклад - тунельний діод (ТД).

Генератори на ТД можуть генерувати коливання до 100 ГГц з потужністю порядка долей мкВт. Вони використовуються в якості гетеродинів у приймачах НВЧ диапазону.

В генераторах на діодах Ганна енергія джерела живлення перетворюється в коливальну енергію в кристалі напівпровідника, який одночасно виконує роль коливальної системи та активного елемента. Генератори Ганна генерують коливання з частотами від 100 МГц до 10 ГГц потужністю до 10 мВт.

Генератори гармонічних коливань використовують в якості джерел сигналів у передавачах, у гетеродинах радіоприймачів, у вимірювальних приладах та системах та ін. Основні показники: потужність генерованого коливання, діапазон перестроювання частоти, похибка номінальної частоти δ_f та нестабільність частоти δ_f(τ).

Вихідна напруга генератора

(1.0)

де U_m та f₀ – середні амплітуда та частота;

ΔU(t) та Ψ(t) – випадкові складники амплітуди та фази коливань.

Похибка номінальної частоти f_НОМ розраховується за формулою:

(1.0)

де f_n – середня частота, визначається за виразом:

(1.0)

де f_i – середня частота на інтервалі усереднення τ:

(1.0)

Нестабільність частоти являє собою середньоквадратичну величину прирощень середніх за час τ частот:

(1.0)

Похибка частоти залежить, в першу чергу, від конструкції елементів генератора та точності їх виготовлення.

На нестабільність частоти визначаючий вплив мають наступні фактори: температура навколишнього середовища, непруга живлення, опір навантаження, нелінійні та частотні викривлення активних елементів, механічні вібрації.