ЗМІСТ.

ВСТУП 4

1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА 8

1.1 Призначення та застосування пристрою 8

1.2 Технічні характеристики пристрою 14

1.3.1 Генератор Хартлея 17

1.3.2 Генератор Колптіца 18

1.3.3 LC-генератор із емітерним зворотнім зв’язком 18

1.3.4 Двотактові генератори 19

1.4 Принципи роботи пристрою 21

2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА 25

2.1 Призначення блоку 25

2.2 Технічні характеристики блоку 28

2.3 Обгрунтування елементної бази 32

2.4 Принцип роботи блоку 35

2.5 Принцип роботи генератора, практична реалізація 36

3. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА 39

3.1 Розрахунок автогенератора 39

4. ТЕХНІКА БЕЗЕПЕКИ 44

4.1 Вимоги з охорони праці при роботі з автогенератором 44

4.2. Безпека при роботі з електрикою 45

5. ЕКСПЛУАТАЦІЙНА ЧАСТИНА 47

5.1 Експлуатація автогенераторів у різних схемах 47

5.2 Генератори RC-типу 48

ВИСНОВКИ

ЛІТЕРАТУРА

Вступ

Сучасна електроніка є важливим інструментом техніки, комунікацій і зв'язку. Життя сучасного суспільства неможливе без о бміну інформацією, який здійснюється за допомогою засобів сучасної електроніки.

Комп`ютерна схемотехніка - це науково-технічна дисципліна, яка вивчає теоретичні методи аналізу і синтезу схем електронних обчислювальних машин і засоби їх технічної реалізації. Розвиток комп’ютерної схемотехніки є основою удосконалення архітектури комп’ютерів, якісного підвищення їхньої продуктивності та надійності, істотного зменшення масових та габаритних показників

Розвиток електроніки дозволив створити елементну базу радіоелектроніки. Перший електронний прилад (вакуумний діод) винайшов Т.Едіссон (США), керований електронний прилад створив Л.Форест (Великобританія). Напівпровідниковий період схемотехніки пов'язаний з такими іменами, як К.Браун (Німеччина), О.В.Лосев, Д.Баруні (СРСР).

Створення такої елементної бази електроніки як інтегральні схеми, дозволило істотно зменшити габарити і спростити роботу всієї малопотужної електроніки від найпростіших радіоприймачів до сучасних обчислювальних комплексів.

Актуалізацією даної проблеми є розвиток радіоелектроніки, що вимагає створення джерел коливань НВЧ з усе більш низькими рівнями побічних шумових випромінювань і все меншою короткочасністю нестабільності частоти.

В даний час в НВЧ діапазоні одними з найкращих по шумовим характеристикам є автогенератори (АГ) на біполярних транзисторах (БТ). Тому питання теоретичного аналізу і розрахунку флуктуативних (або ж коливальних) характеристик, таких АГ, в даний час досить актуальні.

Більш того, у зв'язку з усе більш широким поширенням автогенераторних датчиків інформації про навколишнє середовище та об'єктах набула актуальності задача побудови малопотужних і крім того економічних (розрахованих на автономне живлення) малошумних НВЧ АГ. Оскільки вимоги високого ККД і низького рівня спектральної щільності потужності (СПМ) фазових флуктуацій є суперечливими, виникла необхідність теоретичного дослідження зв'язку між енергетичними та флуктуаційними характеристиками АГ. Крім того, для знаходження оптимальних режимів в таких АГ потрібен розрахунок їх енергетичних і флуктуаційних характеристик в перенапруженому режимі (ПР).

Особливістю автогенераторів на біполярних транзисторах є те, що адекватні їм динамічні моделі виявляються досить складними і форму коливань на їх нелінійних елементах, як правило, не можна вважати гармонійною.

Тому в таких АГ, навіть у недонапруженному режимі (НР) одногармонійний (ОГ) розра хунок флуктуацій дає результати, цінність яких, як правило, невелика.

Виклад стану питання аналізу флуктуацій в АГ, який, зокрема, розвинений спектрально - символічний підхід до аналізу флуктуацій в автономних системах з періодичними коливаннями, що включає полігармонійний аналіз стаціонарного режиму, його стійкості та чутливості до зміни параметра системи і полігармонійного аналізу флуктуації, дозволяє знаходити їх спектральні характеристики з будь-якою точністю.

На основі спектрально - символічного підходу в повному обсязі викладена система методів прикладного аналізу флуктуацій. У цю систему увійшли практично всі відомі у наш час прикладні спектральні методи аналізу флуктуацій в АГ.

Більшість методів, що використовувалися раніше для розрахунку флуктуацій в АГ, засновані на припущенні про близькість форми коливання на нелінійному елементі до гармонійної, на припущенні про повільності зміни обвідного коливання і не враховують вплив на АГ спектральних складових шумів, що знаходяться в околицях частот вищих гармонік.

Припущення про повільність зміни обвідного автоколивання призводить до неможливості визначення СПМ флуктуацій при великій відбудові (порядку і більше ширини смуги ланцюга зворотного зв'язку). Відсутність обліку як вищих гармонік коливання на нелінійному елементі, так і шумового впливу на АГ в околицях частот вищих гармон ік, у багатьох випадках (зокрема в НВЧ АГ на БТ) призводить до значних помилок у розрахунку СПМ флуктуацій частоти.

Досить повного теоретичного дослідження флуктуацій в АГ на БТ полігармонійним методом, до теперішнього часу немає. Немає також робіт з детальним аналізом протиріччя між вимогами підвищення ККД і зниження фазових флуктуацій в АГ. У зв'язку з тим, що вимоги до флуктуаційних характеристик АГ продовжують підвищуватися, дослідження за допомогою точних методів можливостей зниження флуктуацій до рівнів, обумовлених обмеженнями фундаментального характеру, є досить актуальним.

1 Загальна частина

1.1 Призначення та застосування пристрою.

Автогенератор - це насамперед, електронний генератор з самозбудженням.

Автогенератор виробляє електричні (електромагнітні) коливання, які підтримуються подачею по ланцюгу позитивного зворотного зв'язку, частини змінної напруги з виходу автогенератора на його вхід. Це забезпечуэться тоді, коли наростання коливальної енергії буде перевершувати втрати, а саме тоді, коли петлевий коефіцієнт підсилення більше 1. При цьому амплітуда початкових коливань буде наростати.

Такі системи називають автоколивальними системами або автогенераторами, а коливання, що ними генеруються - автоколиваннями.

Автогенератори застосовуються, наприклад, в радіопередавальних пристроях, і в нашій сучасності автогенераторне обладнання має для нас величезне значення. Необхідно додати й те, що автогенератори знайшли своє широке застосування в самих різних сферах і г алузях сучасної техніки.

Існує 2 режими роботи автогенератора: м'який і жорсткий режими.

М'який режим характеризується безумовним швидким встановленням стаціонарного режиму при включенні автогенератора.

Жорсткий режим вимагає додаткових умов для встановлення коливань: або великої величини коефіцієнта зворотного зв'язку, або додаткового зовнішнього впливу (накачування).

Існує кілька типів автогенераторів з певною структурою транзисторів. А саме генератори на польових транзисторах і на біполярних транзисторах.

Транзистор - електронний напівпровідниковий прилад, в якому струм, в ланцюзі двох електродів, управляється третім електродом.

Першими були винайдені польові транзистори (1928 рік), а біполярні з’явилися в 1947 році в лабораторії Bell Labs. І це була, без перебільшення, революція в електроніці.

Дуже швидко транзистори замінили вакуумні лампи в різних електронних пристроях. У зв'язку з цим зросла надійність таких пристроїв і набагато зменшилися їхні розміри. І донині, наскільки б «навороченою» не була мікросхема, вона все одно містить в собі безліч транзисторів.

До речі, спочатку «транзисторами» називали резистори, опір яких можна було змінювати за допомогою величини напруги, що подається. Якщо відволіктися від фізики процесів, то сучасний транзистор теж можна представити як опір, залежне від поданого на нього сигналу.

У чому ж відмінність між польовими і біполярними транзисторами? Відповідь закладена у самих їхніх назвах. В біполярному транзисторі в перенесенні заряду беруть участь і електрони, і ді рки («біс» - двічі). А в польовому (він же уніполярний) - або електрони, або дірки.

Також ці типи транзисторів різняться за областю застосування. Біполярні використовуються в основному в аналоговій техніці, а польові - в цифровій.

Основна область застосування будь-яких транзисторів - посилення слабкого сигналу за рахунок додаткового джерела живлення.

Польовий транзистор - напівпровідниковий прилад, через який протікає потік основних носіїв зарядів, регульований поперечним електричним полем, яке створюється напругою, прикладеною до одного з електродів такого приладу, що називають затвором.

Так як принцип дії польових транзисторів заснований на переміщенні основних носіїв заряду одного типу (електронами або дірками), такі прилади ще називають уніполярними, тим самим протиставляючи їх біполярним.

Польовий транзистор з керуючим pn-переходом - це польовий транзистор, в якому пластина з напівпровідника, наприклад n-типу, має на протилежних кінцях електроди (стік і джерело), за допомогою яких вона включається в керований ланцюг. Керуючий ланцюг підключається до третього електроду (затвора) і утворюється областю з іншим типом провідності, в даному випадку p-типом.

Джерело живлення, включене у вхідний ланцюг, створює на єдиному pn-переході зворотну напругу. У вхідний ланцюг також включається і джерело підсилюються коливань. При зміні вхідної напруги змінюється зворотна напруга на pn-переході, в зв'язку з чим змінюється товщина збідненого шару (n-канал), тобто площа поперечного перерізу області, через яку проходить потік основних носіїв заряду. Ця область називається каналом.

Електроди польового транзистора мають наступні назви:

• джерело (source) - електрод, з якого в канал входять основні носії заряду;

• стік (drain) - електрод, через який з ка налу виходять основні носії заряду;

• затвор (gate) - електрод, потрібен для регулювання поперечного перерізу каналу.

Провідність каналу може бути як n-, так і p-типу. Тому за типом провідності каналу розрізняють польові транзистори з n-каналом і р-каналом. Полярність напруг зсуву, що подаються на електроди транзисторів з n- і з p-каналом, протилежні.

Управління струмом і напругою на навантаженні, включених послідовно до каналу польового транзистора і джерела живлення, здійснюється зміною вхідної напруги, в результаті чого змінюється зворотна напруга на pn-переході, що веде до зміни товщини збідненого шару. При деякій замикаючій напрузі площа поперечного перерізу каналу стане рівною нулю, і струм в каналі транзистора стане дуже малим. У зв'язку з незначимістю зворотних струмів pn-переходу, потужність джерела сигналу мізерно мала.

Таким чином, польовий транзистор за принципом дії аналогічний вакуумному тріоду. Джерело в польовому транзисторі подібне катоду вакуумного тріода, затвор - сітці, стік - аноду.

При цьому існують і відмінності, наприклад:

• в транзисторі відсутній катод, який вимагає підігріву;

• будь-яку з функцій джерела та стоку може виконувати будь-який з цих електродів;

• існують польові транзистори як з n-каналом, так і з p-каналом, що використовується при виробництві комплементарних пар транзисторів.

Від біполярного транзистора польовий транзистор відрізняється, по-перше, принципом дії: в біполярному транзисторі управління вихідним сигналом проводиться вхідним струмом, а в польовому транзисторі - вхідною напругою або електричним полем.

По-друге, польові транзистори мають значно більші вхідні опори, що пов'язано із зворотним зміщенням pn-переходу затвору в розглянутому типі польових транзисторів.

По-третє, польові транзистори можуть ма ти низький рівень шуму (особливо на низьких частотах), так як в польових транзисторах не використовується явище інжекції неосновних носіїв заряду, і канал польового транзистора може бути відділений від поверхні напівпровідникового кристала. Процеси рекомбінації носіїв в pn-переході і в базі біполярного транзистора, а також генераційно - рекомбінаційні процеси на поверхні кристала напівпровідника супроводжуються виникненням низькочастотних шумів.

Малюнок 1.1. Біполярний транзистор n-p-n типу.

Малюнок 1.2. Біполярні транзистор p-n-p типу.

Біполярний транзистор складається з трьох областей: емітера, бази і колектора, на кожну з яких подається напруга. Залежно від типу провідності цих областей, виділяють n-p-n і p-n-p транзистори. Зазвичай область колектора ширше, ніж емітера. Базу виготовляють з слабколегірованих напівпровідників (через що вона має великий опір) і роблять дуже тонкою. Оскільки площа контакту емітер-база виходить значно менше площі контакту база-колектор, то поміняти емітер з колектором місцями за допомогою зміни полярності підключення можна. Таким чином, транзистор відноситься до несиметричних пристроїв.

В даний час для генерування низьких і інфранизьких частот широко використовуються генератори на польових транзисторах, в яких замість коливального контуру використовуються RC-фільтри.

RC-генератори, працюючи в порівняно широкому діапазоні частот від часток герца до декількох мегагерц, забезпечують достатню стабільність коливань і мають малі габарити і масу.

Застосування польових транзисторів в схемах RC-генераторів вигідно відрізняє їх від біполярних транзисторів можливістю використання в ланцюзі позитивного зворотного зв'язку високоомних резисторів, що в свою чергу дозволяє використовувати конденсатори з меншими номіналами, що володіють більшою стабільністю.

Найпростіші RC-генератори на польових транзисторах зображені на малюнку (1.3). Як відомо, умови збудження генератора вимагають, щоб ланцюг зворотного зв'язку змінював на 180 °, для однокаскадного генератора, фазу сигналу, що надходить із стічним навантаженням в ланцюг затвору.

У схемі генератора, наведеного на малюнку (1.3-а), це досягається виконанням ланцюга зворотного зв'язку з кількох послідовно включених простих RC-ланок. Крім того, ослаблення сигналу при проходженні ланцюга зворотного зв'язку повинно компенсуватися посиленням каскаду.

Для ланцюгів з однаковими за значенням елементів R і С умова балансу фаз на частоті, що генерується f0 виконується при наступних співвідношеннях:

- Для триланкової: f0=0,065/RC;

- Для чотирьохланкової: f0=0,133/RC

Малюнок 1.3—Схеми найпростіших RC-генераторів.

1.3-а. З фазовим RC-ланцюжком; 1.3-б. З джерельним повторювачем;

1.3-в. З Т-подібним RC-мостом.

Для підвищення стійкості роботи генератора (через дію ланцюгом зворотного зв'язку резистора навантаження RС) часто вводять додатковий каскад - джерельний повторювач (мал. 1.3-б), що має високий вхідний опір.

Схема генератора з подвійним Т-подібним RC-фільтром (мал.. 1.3-в), елементи якого обрані таким чином: С1 = С2 = С; С3 = С / 0,207; R1 = R2 = R; R3 = 0,207R - функціонує за умови, якщо коефі цієнт посилення каскаду не менше 11. При цьому частота коливань

f0 = 1 / 2RСπ.

Розглянуті найпростіші RC-генератори на польових транзисторах не знайшли широкого застосування через властиві їм недоліків.

Перший недолік - це необхідність отримання великого коефіцієнта посилення каскаду, який у генератора з триланковим ланцюгом зворотного зв'язку повинен бути не менше 29. Практична реалізація такого коефіцієнта посилення скрутна через мале значення крутизни польових транзисторів. Якщо врахувати, що для поліпшення форми генерованих коливань вводиться негативний зворотній зв'язок, то коефіцієнт посилення каскаду повинен бути ще більше.

Другий недолік - неможливість перебудови в широкому діапазоні частот генераторів, виконаних за схемою з RC-ланцюгами і Т-подібним мостом у ланцюзі зворотного зв'язку.