Лабораторна робота 12 дослідження віртуальних моделей генераторів гармонічних електричних коливань

Мета роботи:

1) вивчення особливостей побудови автоколивальних генераторів гармонічних коливань з використанням різноманітних електронних компонентів та частотно-залежних схем зворотного зв’язку;

2) дослідження параметрів LC-генераторів, низькочастотних RC-генераторів на дискретних компонентах та інтегральних схемах;

3) набуття навиків виміру частоти вихідних сигналів та її зміни шляхом зміни ємності конденсаторів.

Стислі теоретичні відомості

Підсилювальними пристроями керують електричні сигнали, які надходять від датчика або попереднього каскаду пристрою. Але повинні існувати такі функціональні вузли, від яких можна діставати електричні коливання (сигнали) без будь-якої керувальної дії ззовні – це електричні генератори, побудовані за схемами із зворотним зв`язком. Вони працюють в автоколивальному режимі, тобто на їх виході створюються періодичні коливання (зміни вихідної величини) за відсутності вхідного збудження.

Генератором гармонічних коливань називають електричний пристрій, який перетворює електричну енергію джерела постійного струму в енергію незатухаючих синусоїдальних коливань заданої частоти та потужності. До складу генератора входять підсилювач та частото-вибіркова схема (чотириполюсник) в колі зворотного зв’язку , яка забезпечує умови самозбудження генератора тільки на одній частоті.

Як активні елементи використовують транзистори, інтегральні підсилювачі (особливо операційні). Гармонічні коливання в генераторах підтримуються частото-вибірковими чотириполюсниками: резонансними LC-контурами або іншими резонуючими елементами, або за допомогою фазуючих RC-кіл, які вмикають у коло зворотного зв`язку підсилювача. Тому розрізняють RC-генератори і LC-генератори гармонічних коливань.

Залежно від генерованих частот генератори гармонічних коливань поділяють на низькочастотні (0,01…100 кГц), високочастотні (0,1…100 МГц), надвисокочастотні (>100 МГц).

Для самозбудження генератора необхідно забезпечити дві умови: баланс амплітуд та баланс фаз.

Для напруги, на вході кола зворотного зв’язку можна записати U_з.з=b_UU_вих. У свою чергу, напруга на виході генератора U_вих=K_nUU_з.з; U_з.з=K_nUb_UU_вих. Отже, сталі коливання існують у схемі за умови, що K_nUb_U=1, це є баланс амплітуд.

Така умова є необхідною, але недостатньою. Обов'язковим є баланс фаз, тобто щоб фази сигналів на виході підсилювальної ланки і на виході схеми зворотного зв`язку збігалися (коли створюється позитивний зворотний зв`язок): j_п+j_b=2pn.

Після подавання до схеми генератора напруги живлення автоколивання розвиваються при дії на вхід підсилювального кола нескінченно малих коливань, що їх завжди створюють шуми.

Такий режим роботи автогенератора називають м`яким режимом самозбудження.

В автогенераторах гармонічних коливань низькочастотного діапазону використовують частото-вибіркові кола з елементів R та C. На відміну від резонансної частоти w₀ коливального LC-контуру для частотовибіркових RC-кіл частоту w₀ називають квазірезонансною частотою. Такі автогенератори називають RC- генераторами. За габаритними і вагомими характеристиками в області частот від часток герца до десятків кілогерців вони мають значні переваги перед LC-генераторами.

Як частотно-залежні схеми зворотного зв'язку в RC-генераторах використовують: послідовно-паралельні RC-кола, , що складаються з простих Г-подібних RC-схем (зазвичай із трьох або чотирьох); подвійний Т-подібний міст .

Література:[1],[2],[3].