1. Цель работы
Исследование стационарного режима колебаний в транзисторном автогенераторе с трансформаторной обратной связью, а также зависимости амплитуды генерируемых колебаний от коэффициента обратной связи при мягком и жестком режимах самовозбуждения.
2. Основные теоретические положения
Автогенератором (генератором с самовозбуждением) называют устройство, в котором устанавливаются незатухающие электрические колебания без подведения к нему внешнего переменного напряжения. В автогенераторе происходит преобразование энергии постоянного тока в энергию токов звуковых или высоких частот.
Рис. 12.1
Обобщенная эквивалентная схема автогенератора (рис. 12.1) может быть представлена в виде нелинейного резонансного усилителя, линейного четырехполюсника обратной связи и источника питания. На рис. 12.2 изображена принципиальная схема исследуемого автогенератора с трансформаторной обратной связью и с последовательным коллекторным питанием.
|
|
|
Комплексный коэффициент передачи нелинейного резонансного усилителя по первой гармонике
, (12.1)
где - комплексная амплитуда напряжения первой гармоники на выходе нелинейного резонансного усилителя;
- комплексная амплитуда напряжения на входе нелинейного резонансного усилителя;
- модуль коэффициента передачи нелинейного резонансного усилителя;
- фазовый сдвиг между напряжениями и .
Комплексный коэффициент передачи четырехполюсника обратной связи (коэффициент обратной связи)
, (12.2)
где - комплексная амплитуда напряжения на выходе четырехполюсника обратной связи ();
- модуль коэффициента передачи четырехполюсника обратной связи;
- фазовый сдвиг между напряжениями и .
В стационарном режиме автогенератора выполняются условия:
баланса амплитуд
, (12.3)
баланса фаз
, (12.4)
где n = 0, 1, 2,...
Для самовозбуждения автогенератора необходимо выполнение условия (12.4) и следующего условия:
. (12.5)
|
|
Условие (12.4) показывает, что обратная связь должна быть положительной, а условие (12.5) - что величина коэффициента обратной связи должна быть больше критической bкр.
Прекращение нарастания амплитуды напряжения первой гармоники на выходе нелинейного резонансного усилителя (на выходе автогенератора) и переход к стационарному режиму, удовлетворяющему условию (12.3), определяются нелинейностью вольт-амперной характеристики усилительного элемента.
Свойства автогенератора характеризует зависимость амплитуды напряжения генерируемых колебаний Uк от величины коэффициента обратной связи b.
В зависимости от положения рабочей точки на вольт-амперной характеристике транзистора получают мягкий или жесткий режим самовозбуждения автогенератора. При мягком режиме самовозбуждения колебания в автогенераторе возникают и исчезают при одном и том же значении коэффициента обратной связи b=bкр (рис. 12.3), при дальнейшем увеличении b амплитуда напряжения в стационарном режиме плавно нарастает, при уменьшении b - плавно убывает. При b=bкр амплитуда напряжения близка к нулю.
Рис. 12.3 Рис. 12.4
При жестком режиме самовозбуждения возникновение стационарных колебаний происходит при b=bкр не от нулевого значения, как при мягком режиме, а скачком (рис. 12.4). При дальнейшем увеличении b>bкр амплитуда колебаний плавно изменяется. При уменьшении b исчезновение колебаний происходит не при b=bкр, как при мягком режиме, а при b=b0<bкр не плавно, а скачкообразно. Таким образом, при жестком режиме самовозбуждения колебания возникают и исчезают при различных b.
3. Описание лабораторной установки
Лабораторная установка состоит из блока питания и функционального блока, передняя панель которого изображена на рис. 12.5. В функциональном блоке находятся транзисторный LC автогенератор и вспомогательные устройства, позволяющие исследовать работу автогенератора.
При выполнении работы переключатель "Схема" установить в положение 2.
Рис. 12.5
Ручка "Смещение U бо" позволяет изменять напряжение смещения, подаваемое на базу транзистора. Напряжение смещения измеряется вольтметром базового устройства, имеющим верхний предел шкалы 1 В.
Величина коэффициента обратной связи изменяется за счет перемещения катушки связи L ос. Расстояние между катушками измеряется по шкале "Связь". С помощью тумблера "Сопротивление R ш" параллельно колебательному контуру может подключаться шунтирующее сопротивление.
На гнезде Г3 можно измерять напряжение U к генерируемых колебаний и наблюдать их форму.
4. Методика выполнения работы
1. Исследовать процесс возникновения колебаний в автогенераторе и параметры колебаний в стационарном режиме. Для этого:
а) установить на макете переключатель "Род работы" в положение "ОС Вкл.", ручкой "Смещение U бо" - напряжение смещения U бо=0,8 В, расстояние между катушками l >5 см; подключить к гнездам Г3 Y-вход электронного осциллографа;
б) убедиться, наблюдая с помощью осциллографа, что при сближении катушки обратной связи с контурной, т. е. при увеличении взаимной индуктивности М, колебания возникают только при определенном расстоянии l кр между катушками, которое соответствует критическому значению коэффициента обратной связи bкр;
в) зарисовать форму колебаний, возникающих в автогенераторе при l < l кр;
г) с помощью осциллографа измерить период колебаний, возникающих в автогенераторе, и рассчитать их частоту.
2. Снять зависимость амплитуды напряжения U к генерируемых колебаний от расстояния между катушками U к= f (l) при напряжениях смещения U бо, равных 0,8 и 0,5 В. Для этого:
|
|
а) отключить от гнезд Г3 осциллограф и подключить к гнездам Г3 вольтметр, установить ручкой "Смещение U бо" напряжение смещения U бо=0,8 В;
б) изменяя расстояние между катушкой обратной связи и контурной катушкой, снять зависимость U к= f (l). Зависимость снимать два раза, изменяя l от 6 до 0,5 см и от 0,5 до 6 см. С максимально возможной точностью определить l, при которых возникают и исчезают колебания в автогенераторе, и U к в момент появления колебаний и в момент перед исчезновением колебаний;
в) повторить измерения по п. "б", установив U бо=0,5 В.
5. Содержание отчета
1. Принципиальная схема исследуемого транзисторного автогенератора.
2. Осциллограмма колебаний, возникающих в автогенераторе, с указанием частоты колебаний.
3. Результаты исследования (в виде таблиц и графиков) зависимостей амплитуды генерируемых колебаний от расстояния между катушками.
4. Выводы и оценка экспериментальных исследований.
Литература: [1] с. 356 – 370; [2], с. 323-338