Лабораторна робота № 12

Тема: Дослідження роботи генератора.

Мета роботи: Дослідити роботу генератора за допомогою програми EWB 5.12.

Обладнання: 1. ЕОМ.

1. Теоретичні відомості

Електронний генератор - електронний пристрій, призначений для утворення періодичних коливань електричного струму.

В залежності від форми сигналу на виході генератора розрізняють імпульсні генератори і електронні генератори гармонічних коливань.

Періодичні коливання струму в електронному генераторі є автоколиваннями, постійність яких забезпечується джерелом напруги.

Для отримання гармонічних коливань використовують додатний зворотний зв'язок. В основі такого генератора - підсилювач, сполучений із коливальним контуром, який відіграє роль частотного фільтру. Сигнал із виходу коливального контура подається на вхід підсилювача і знову підсилюється в ньому. Таким чином досягається стабілізація частоти і амплітуди коливань.

Генератори гармонічних коливань являють собою електронні пристрої, що формують на своєму виході періодичні гармонійні коливання при відсутності вхідного сигналу. Генерування вихідного сигналу здійснюється за рахунок енергії джерела живлення. Зі структурної точки зору генератори представляють собою підсилювачі електричних сигналів, охоплені ПЗЗ. Зовнішній вхідний сигнал відсутній. На вході підсилювача діє тільки вихідний сигнал ЗЗ UЗЗ. А на вході ЗЗ діє UВХЗЗ = Uвих. Тому коефіцієнт підсилення такого схеми Умовою, що забезпечує наявність сигналу на виході генератора при відсутності зовнішнього вхідного сигналу є К → ∞, тобто При виконанні цієї умови будь-підсилювач, охоплений ПОС стає генератором, на виході його з'являються коливання, незалежні від вхідного сигналу (автоколивання). Явище виникнення автоколивань в підсилювачі називається самозбудженням. Умова виникнення автоколивань можна розділити на дві складові: 1) Умова балансу амплітуд. Фізичний сенс: результуюче посилення в контурі, що складається з послідовного з'єднання підсилювача і ланцюги ЗЗ має дорівнювати одиниці. Якщо ланцюг ЗЗ послаблює сигнал, то підсилювач повинен на 100% компенсувати це послаблення. Тобто якщо в будь-якому місці розірвати контур ПЗЗ і на вхід подати сигнал від зовнішнього джерела, то пройшовши по контуру До ∙ β з виходу розриву ланцюга ЗЗ повернеться сигнал точно такий же амплітуди, що був поданий на вхід розриву. 2) Умова балансу фаз: arg (K · β) = 0. Фізичний сенс: результуючий фазовий зсув, що вноситься підсилювачем і ланцюгом ЗЗ повинен бути рівний нулю (або кратний 2π). Тобто при подачі сигналу на розрив, який повернувся сигнал буде мати таку саму фазу. При виконанні цієї умови ЗЗ буде позитивна. Для існування автоколивань необхідно одночасне виконання цих умов. Якщо ці умови виконуються не для однієї частоти, а для цілого спектру частот, то генерований вихідний сигнал буде складним (не гармонійним). Для забезпечення синусоидальности вихідного сигналу генератор повинен генерувати сигнал тільки однієї єдиної частоти. Для цього необхідно, щоб умови виникнення автоколивань виконувалися для єдиної частоти, яка і буде генеруватися. Для цього роблять К або β частотно-залежними. Як правило β має максимум β0 на деякій частоті ω0. Тому на ω0 і коефіцієнт посилення буде мати максимум К0. Величини К0 і β0 забезпечують такими, щоб вони задовольняли умовам виникнення автоколивань. Тоді при відхиленні частоти від ω0 та умови виникнення автоколивань виконуватися не будуть, що призведе до затухання коливань цієї частоти і на виході генератора будуть тільки гармонійні коливання частоти ω0. У залежності від того, яким способом у генераторі забезпечується умова балансу фаз і амплітуд, розрізняють генератори: 1) RC-типу; 2) LC-типу. Генератор LC-типу Такий генератор будують на основі підсилювального каскаду на транзисторі, включаючи в його колекторний ланцюг коливальний LC-контур. Для створення ПЗЗ використовується трансформаторна зв'язок між обмотками W1 (Що має індуктивність L) і W2 (рис. 1.1).

Рис. 1.1 - Генератор LC-типу Напруга U2 є напругою ОС. Воно пов'язане з напругою первинної обмотки W1 коефіцієнтом трансформації: Коефіцієнт трансформації в даному випадку є коефіцієнтом передачі ОЗ, показуючи яка частина напруги передається на вхід. Для виконання балансу амплітуди на частоті ω0 має виконуватися рівність

З цієї умови розраховується необхідне число витків вторинної обмотки, чим забезпечується умова балансу амплітуд. Для забезпечення балансу фаз необхідно забезпечити відповідне включення почав і кінців обмоток, щоб ЗЗ була позитивною. Ємність С1 вибирають такий, щоб її опір на частоті генерації було незначним у порівнянні з R2. Це виключає вплив опору подільника на струм у вхідному ланцюзі транзистора, створюваний напругою ЗЗ. Призначення RЕ і СЕ таке ж, як у звичайному усилительном каскаді. LC-генератори, також як і LC-виборчі підсилювачі застосовують в області високих частот, коли потрібні невеликі величини L і є можливість забезпечити високу добротність LC-контура. А на низьких і інфранизьких частотах, коли побудова LC-генератора важко, використовують RС ланцюги тих же типів, що і для виборчих підсилювачів.

2. Порядок виконання роботи.

1. Запустити програму EWB 5.12.

2. Зібрати електричну схему генератора рисунок 2.1

Рисунок 2.1 RC-генератор з трьох ланковим фазозсуваючим колом.

3. Отримати форму вихідного сигналу за допомогою осцилографа рисунок 2.2.

Рисунок 2.2 Осцилограма вихідного сигналу.

4. Оформити звіт лабораторної роботи.

5. Захистити результати роботи.