Содержание отчета

1. Принципиальная схема исследуемой схемы каскада с амплитудной модуляцией.

2. Функциональная схема измерений и типы измерительных приборов.

3. Результаты измерений в контрольных точках.

4. Расчет величин , , m по таблицам.

5. Графики, построенные по таблицам.

6. Анализ и объяснение полученных результатов, оценка линейности модуляционных характеристик, объяснение причин их нелинейности, выводы.

Контрольные вопросы

1. Что такое динамическая модуляционная характеристика, глубина амплитудной модуляции?

2. Какие требования предъявляются к каскаду, где осуществляют амплитудную модуляцию?

3. Как можно измерить глубину амплитудной модуляции?

4. В чем механизм модуляции напряжением коллекторного питания? В каком режиме должен работать транзистор каскада, где осуществляются такая модуляция?

5. Нарисуйте диаграммы токов и напряжений на входе и выходе ГВВ при коллекторной модуляции.

6. В каком режиме по напряженности работает ГВВ с коллекторной модуляцией?

7. В каких пределах изменяется угол отсечки коллекторного тока при коллекторной модуляции?

8. В чем причины возникновения искажений при глубокой амплитудной модуляции?

9. Как можно оценить степень искажений?

10. Как изменится мощность и к.п.д. ГВВ при переходе от режима молчания к максимальному режиму?

11. Достоинства и недостатки коллекторной модуляции по сравнению с базовой.

12. Чему равны максимальное и минимальное мгновенные значения коллекторного напряжения при , ?

13. Покажите на принципиальной схеме замкнутые пути коллекторного и базового тока (отдельно для высокой и модулирующей частоты).

14. Объясните назначение всех блокировочных и разделительных элементов, соображения по их расчету, на какие токи и напряжения они должны быть рассчитаны.

15. Причины возникновения искажений при амплитудной модуляции.

Лабораторная работа №6 Исследование работы lc автогенератора Цель работы

1. Изучение принципов построение трехточечных автогенераторов.

2. Изучение принципиальной схемы LC-автогенератора.

3. Исследование влияние дестабилизирующих факторов на параметры автогенераторов.

Краткие теоретические сведения

Автогенератором является каскад, на выходе которого возникают периодические колебания, для поддержания которых не требуется подачи на вход сигнала возбуждения. Автоколебания могут возникать в электронных приборах, вольтамперные характеристики которых имеют участок с отрицательным сопротивлением, либо в каскадах с обратной связью. Для возникновения автоколебаний в генераторе, необходимо, чтобы энергия, поступающая в нагрузочную систему (чаще всего контур), была не меньше энергии, затрачиваемой в этой системе (баланс амплитуд), а фаза напряжения, приходящего на вход по цепи обратной связи совпадала с фазой первоначального напряжения, вызвавшее такое напряжение на выходе (баланс фаз):

где - крутизна активного элемента для первой гармоники выходного тока;

- коэффициент передачи цепи обратной связи;

- эквивалентное сопротивление нагрузки;

- фаза крутизны, нагрузочной системы и цепи обратной связи соответственно.

Из условий баланса фаз и амплитуд следует, что в эквивалентной схеме автогенератора с минимальным числом реактивных элементов (трехточечная схема) одна из трех реактивностей должна иметь противоположный знак, чем две другие.

Отсюда получаются схемы емкостной (две емкости и одна индуктивность) и индуктивной (две индуктивности и одна емкость) трехточки.

Если условия самовозбуждения выполнены, то в автогенераторе возникают и нарастают по амплитуде колебания, но нарастать неограниченно они не могут, поскольку с ростом амплитуды уменьшается крутизна , выполняется равенство и нарастание колебаний прекращается.

Рис. 6.1. Эквивалентные схемы трехточечных автогенераторов.

Стационарным или установившемся режимом работы автогенератора называется такое состояние, когда закончились переходные процессы и амплитуда колебаний не изменяется (отсутствие колебаний является частным случаем стационарного режима). Анализ возможных стационарных режимов можно представить, размещая на одном графике колебательную характеристику (зависимость амплитуды первой гармоники выходного тока от напряжения возбуждения) и линию обратной связи (зависимость напряжения обратной связи от амплитуды первой гармоники выходного тока). Вид колебательной характеристики зависит от положения рабочей точки на проходной характеристике. Если рабочая точка лежит на участке с большой крутизной, то колебательная характеристика имеет форму кривой с выпуклостью вверх. Такой режим возбуждения автогенератора называется мягкимй При этом с ростом напряжения возбуждения происходит увеличение амплитуды первой гармоники тока на выходе и растет напряженность режима, что в свою очередь приводит к замедлению роста амплитуды первой гармоники тока на выходе, а затем и к ее уменьшению. Линия обратной связи является прямой, выходящей из начала координат, наклон которой определяется произведением . Стационарный режим соответствует точкам пересечения колебательной характеристики и линии обратной связи (рис. 6.2).

И з приведенного рисунка видно, что имеется две точки пересечения, из них точка 0 соответствует отсутствию колебаний, а точка А – стационарному режиму колебаний с амплитудой .

Рис. 6.2. Колебательные характеристики и характеристики обратной связи в автогенераторе.

Чтобы определить, в какой из точек будет находиться процесс, необходимо исследовать точки на устойчивость методом малых возмущений. Пусть процесс находится в точке 0 и на вход действует малое возмущение (за счет случайных наводок, тепловых флуктуаций и т.п.). Это возмущение вызывает на выходе ток , а этот ток в свою очередь вызывает напряжение обратной связи, большее, чем первоначальное, в результате чего происходит лавинообразное увеличение этого возмущения, т.е. начнется генерация (точка 0 неустойчива). Точка А наоборот является устойчивой, так как при воздействии малых возмущений в любую сторону процесс вновь возвращается в данную точку. Отсюда следует, что точка является неустойчивой, если колебательная характеристика в этой точке идет круче, чем линия обратной связи. При наклон линии обратной связи будет определяться только коэффициентом обратной связи, при уменьшении которого амплитуда колебаний на выходе уменьшается. Если , то при изменении сопротивления нагрузки будет меняться напряженность режима работы и колебательная характеристика будет деформироваться. Выбор рабочей точки на участке с большой крутизной приводит к тому, что в стационарном режиме каскад работает без отсечки либо с отсечкой , что энергетически невыгодно и ведет к разогреву активного элемента.

Для того, чтобы обеспечить условия самовозбуждения и в тоже время уменьшить величину постоянной составляющей выходного тока, применяют автосмещение (для биполярного транзистора по схеме ОЭ – эмиттерное). При этом в момент включения колебания в автогенераторе отсутствуют, а рабочая точка находится на участке с большой крутизной (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Автоматическое смещение в автогенераторе.

По мере развития колебательного процесса увеличивается запирающее напряжение на резисторе эмиттерного автосмещения, уменьшая угол отсечки и крутизну.

Рис. 6.4. Жесткий режим работы автогенератора.

При выборе начального режима работы автогенератора с углом отсечки в исходном состоянии активный элемент закрыт, , условия самовозбуждения не выполняются и колебания самопроизвольно возникнуть не могут (рис. 6.4). Однако они могут возникнуть при подаче извне некоторого достаточно большого возмущения.

При этом начало колебательной характеристики может быть смещено относительно начала координат вправо, так как при малых возмущениях активный элемент закрыт. Линия обратной связи пересекает колебательную характеристику в трех точках, две из которых (0 и В) устойчивы , а А – неустойчива. Неустойчивость точки А проявляется в том, что при малом положительном или отрицательном возмущении процесс соответственно перейдет в точку В или 0. Поэтому, если подать на вход автогенератора внешнее возбуждение, величиной большей А, то процесс перейдет в точку В и колебания будут продолжаться при снятии внешнего возмущения. Такой режим возбуждения называется жестким.

При изменении величин, входящих в уравнение баланса амплитуд, изменяется амплитуда, а при изменении величин, входящих в уравнение баланса фаз, изменяется частота выходного сигнала автогенератора. Стабильность частоты автогенератора зависит от добротности и стабильности его колебательной системы. В автогенераторах с LC контурами относительная стабильность частоты

получается не лучше (при добротности Q<200).

Частота работы автогенератора изменяется:

при изменении параметров элементов трехточки (старение элементов, изменение температуры, влажности, давления);

при изменении режима работы активного элемента (как правило при этом происходит изменение его реактивных параметров, подключенных в схему трехточки);

при изменении фазы крутизны активного элемента;

при изменении величины нагрузки автогенератора.