RC – автогенератор с поворотом фазы на базе биполярного транзистора

Автогенератор содержит частотно-избирательный четырехполюсник из R и C элементов и инвертирующий усилитель (например, выполненный на транзисторе с ОЭ). Выход усилителя с помощью частотно-избирательного четырехполюсника соединен со входом, образуя кольцевую схему с положительной обратной связью (рис. 6).

Рис. 6. RC – автогенератор с поворотом фазы

Режим работы по постоянному току обеспечивается делителем R1,R2 и резистором R4 в цепи эмиттера. Одновременно параллельно включенные по переменному току резисторы R1, R2 образуют третье сопротивление частотно избирательного четырехполюсника, т.е.

R = R1 R2 / (R1 + R2).

(1)

Таким образом выбор сопротивления в четырехполюснике и сопротивлений делителя в усилители взаимосвязаны. Как известно из теории для схемы, представленной на рис. 6, коэффициент усиления усилителя должен быть больше 29. В этом случае потери в четырехполюснике будут скомпенсированы, баланс фаз и амплитуд будут выполнены и в схеме должны возникнуть автоколебания.

Задание. Собрать RC – генератор и исследовать его характеристики.

Этап 1. Выбор усилителя.

На рис. 7 представлена схема усилителя с ОЭ.

Рис. 7. Усилитель с ОЭ

Резисторами R1, R2 выбирается режим работы усилительного каскада (в данном случае класс А).

Установить амплитуду входного сигнала 20 мВ и снять осциллограммы входного (кривая 1 на рис. 8) и выходного (кривая 2 на рис. 8) напряжений для нескольких частот в диапазоне 10 Гц – 1 мГц и вычислить коэффициент усиления усилителя на этих частотах (табл. 1). Изучить влияние на вид выходного напряжения значений резисторов делителя R1, R2 (например, меняя значение резистора R1 в диапазоне 1 – 20 Ком). Зарисовать осциллограммы выходного напряжения усилителя при разных значениях R1.

Таблица 1.

	10 Гц	…	…	1мГц
U_вых, мВ
U_вх, мВ
К_у

Рис. 8. Осцилограммы входного и выходного напряжений усилителя

Зависимость коэффициента усиления и сдвига фаз между выходным и входным сигналами усилителя от частоты можно получить с использованием команды AC Frecuency в меню Analysis (рис. 9).

Параметры задания параметров расчета частотных характеристик приведены на рис. 10.

Рис. 9. Панель программы EWB

Рис. 10. Окно задания параметров расчета частотных характеристик

Амлитудно-частотная и фазо-частотная характеристики усилителя представлены на рис. 11 (следует учесть, что ФЧХ снята c учетом емкостей схемы, сдвиг фаз между базовым и коллекторным напряжением составляет 180 градусов, что можно видеть на осциллограмме рис. 8).

Зарисовать АЧХ и определить диапазон частот для данного усилителя, в котором коэффициент усиления превышает 29.

Этап 2. Выбор частотно-избирательный четырехполюсника.

Как отмечалось выше, при выборе сопротивления четырехполюсника следует учесть, что его величина определяется выражением (1) и составляет (для усилителя, представленного на рис. 7) R = 4500 Ом. Для согласования четырехполюсника с данным усилителем все резисторы RC це-

Рис. 11. АЧХ и ФЧХ усилителя.

Рис. 12. Схема для исследования трехзвенного частотно-зависимого четырехполюсника

Рис. 13. АЧХ и ФЧХ трехзвенного частотно-зависимого трехзвенного четырехполюсника

почки должны быть равны 4500 Ом, частота самовозбуждения может быть выбраны величиной емкостей С четырехполюсника. Частота автоколебаний определяется по формуле (примерно):

__ f_г = 1 / Ö 6 (2p R C).

Собрать схему RС цепи (рис. 12) и снять АЧХ и ФЧХ при разных значениях С.

Для представленной на рис. 12 схеме частота, на которой сдвиг фаз между входным и выходным напряжением четырехполюсника равен 180 градусов, равна 145 Гц. Коэффициент передачи четырехполюсника на этой частоте составляет 1/29. Т.е. на этой частоте возможно самовозбуждение генератора.

Измерить частоты, на которой сдвиг фаз составляет 180 градусов, для нескольких значений емкости С в интервале 50 нФ – 500 нФ (табл. 2).

Таблица 2

С, нФ	…	…
Частота, на которой сдвиг фаз равен 180^о, Гц
К_у

Этап 3. Исследование схемы автогенератора.

Собрать схему генератора (значения элементов генератора представлены на рис. 7). Исследовать влияние параметров RC-цепи на частоту автоколебаний, результаты занести в табл. 3.

Таблица 3