LS-Sb87349

трансформаторной (рис. 2.2), автотрансформаторной (рис. 2.3) и емкостной

(рис. 2.4).

сдвиг фаз между напряжением Uо с , подаваемым на входной электрод по це-

пи обратной связи, и напряжением Uвых тоже должен быть равен .

В трансформаторном автогенераторе, выбирая правильный знак коэффициента взаимоиндукции М св , можно всегда обеспечить правильное соотношение фаз независимо от знака сопротивлений Х1 и Х 2 .

Вавтотрансформаторном и емкостном автогенераторах сопротивления

Хсв и Х 2 должны быть одного знака, а сопротивление Х1 другого знака,

причем Х1 Х св .

Анализ работы схемы автогенератора обычно делают в два этапа: на первом этапе устанавливают зависимость между амплитудой тока в выходном контуре и амплитудой входного напряжения Iв к Uвх , которая называется колебательной характеристикой (рис. 2.5 и 2.6).

Форма колебательной характеристики сильно зависит от положения рабочей точки на проходной характеристике активного элемента (см. рис. 1.6). Если она находится на линейном участке, то колебательная характеристика соответствует рис. 2.5, а если на нелинейном вблизи точки запирания колебательная характеристика имеет перегиб (рис. 2.6).

На втором этапе определяют характеристику цепи обратной связи

Uо с Iв к ; Uо с Х о сIв к Ко сZк Iвых1 Ко с Iв к , где Zэ , эквивалент-

11

ное и характеристическое сопротивления колебательного контура, Iвых амплитуда первой гармоники выходного тока активного элемента.

Kо с3

Kо с2

терь в контуре.

Из приведенных формул видно, что зависимость Uо с Iв к представляет

собой прямую линию и поэтому носит название прямой обратной связи

(рис. 2.7).

Точки пересечения колебательной характеристики и характеристики цепи обратной связи при определенном Ко с дают рабочие точки автогенерато-

ра (рис. 2.8 2.11).

Для нахождения рабочих точек автогенератора большое значение имеет форма колебательной характеристики. Если колебательная характеристика не имеет перегиба (рис. 2.8), то точек пересечения может быть либо одна (точка 0 при Ко с Ко с.кр ), либо две (точки 0 или А при Ко с Ко с.кр ). При этом осуществляется так называемый мягкий режим самовозбуждения, т. е. плавное увеличение амплитуды выходного сигнала Iв к с ростом коэффициента обратной связи Ко с . Зависимость Iкнт Ко с носит название кривой возбуж-

12

дения (рис. 2.9).

неустойчивой, и при возникновении небольших случайных колебаний схема переходит в устойчивое состояние А по пути, показанному на рис. 2.8 стрелками.

Ко с.кр критический коэффициент обратной связи, при превышении

которого выполняется условие баланса амплитуд и создается возможность самопроизвольного возникновения генерации и установления стационарных амплитуд входного и выходного сигналов автогенератора Uо с.cт и Iв к.ст .

Если колебательная характеристика имеет перегиб, возможно получение трех точек пересечения (точки 0, А, Б на рис. 2.10). В этом случае одно из этих положений (Б1) является неустойчивым, а два других (0, А1) устойчивыми. Схема работает по жесткому режиму самовозбуждения, т. е. при достижении значений Ко с Ко с.кр схема переходит в режим максимальной

амплитуды входного сигнала. При уменьшении Ко с условия генерации со-

храняются до точки А2, после чего происходит срыв колебаний. Таким образом, кривая возбуждения для этого случая имеет ярко выраженный гистерезисный характер (рис. 2.11).

При жестком режиме самовозбуждения можно добиться генерации и при Ко с Ко с.кр . Однако для этого нужен первоначальный толчок с ампли-

тудой Uвх , несколько большей, чем та, которая соответствует неустойчи-

13

вой точке.

Например, если дать Uвх Uo c , то схема автоматически перейдет в устойчивое состояние А1, как показано стрелками на рис. 2.10.

2.2. Схема экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 2.12. В качестве активных элементов могут быть использованы лампы и транзисторы.

высокой частоты в источник E ; Ср1, Ср2 разделительные конденсаторы для предотвращения короткого замыкания по постоянному току; Eсм источник смещения на входном электроде активного элемента; Lб2 , Сб2 дроссель и конденсатор для блокирования источника смещения; PV1, PV 2 вольтметры для измерения напряжений источников Е, Есм ; PVвых вольтметр переменного тока для измерения выходного напряжения на контуре; SAпереключатель схем автогенератора; Iк катушка контура с переменной средней точкой; Ск конденсатор контура со средней точкой (переменный); Lк катушка обратной связи.

В схеме используется параллельное питание выходной цепи активного элемента с помощью переключателя SA .

На установке можно получить автогенераторы с трансформаторной (положение 1), автотрансформаторной (2) и емкостной (3) обратными связями. Катушки Lк и Lo c могут смещаться относительно друг друга с измене-

нием угла между ними в пределах 0…90о и, соответственно, коэффициента взаимоиндукции Мсв . В переменном конденсаторе Ск емкость изменяется за счет углового сдвига пластин в пределах 0…180о.

2.3.Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться со схемой установки, подготовить ее к работе в ламповом или в трансформаторном вариантах по согласованию с преподавателем.

2.По проходным характеристикам активного элемента, взятым из справочника, выбрать две рабочие точки: для жесткого и мягкого режимов самовозбуждения.

3.Снять кривые возбуждения для жесткого и мягкого режимов самовозбуждения. Для этого собрать схему с трансформаторной обратной связью, подсоединить вольтметр переменного тока к выходной цепи. Коэффициент взаимоиндукции Мсв изменять взаимным смещением катушек Lк и Lo c ,

фиксируя величину угла между ними (0…90о). Отметить величину смещения, соответствующую Мсв.кр , т. е. условия баланса амплитуд, когда возникает

генерация.

15

4. Для мягкого режима самовозбуждения снять зависимость амплитуды генерации колебаний от их частоты Uк f , используя емкость Ск за счет сдвига пластин конденсатора в пределах 0…180о.

5. Повторить п. 4 для схем с автотрансформаторной и емкостной связя-

ми.

2.4.Содержание отчета

1.Схемы исследования с краткими пояснениями.

2.Проходные характеристики активного элемента с выбранными рабочими точками для разных режимов самовозбуждения.

3.Кривые возбуждения для мягкого и жесткого режимов самовозбужде-

ния.

4.Зависимости Uк f для различных автогенераторов.

5.Таблицы измеренных величин.

6.Выводы по проделанной работе.

2.5.Контрольные вопросы и задания

1.Каков принцип действия автогенератора?

2.Назовите условия самовозбуждения автогенератора.

3.Что такое баланс фаз?

4.Что такое баланс амплитуд?

5.Нарисуйте схемы автогенераторов с автотрансформаторной, емкостной и трансформаторной обратными связями.

6.Что называется колебательной характеристикой? От чего зависит ее

форма?

7.Чем определяется угол наклона характеристик обратной связи?

8.Как определить стационарные амплитуды и устойчивые точки пересечения колебательных характеристик и прямых обратной связи?

9.Объясните особенности работы автогенератора при мягком и при жестком режимах самовозбуждения.

10.Что такое кривая возбуждения? Как её построить, используя колебательные характеристики и прямые обратной связи?

16

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Цель работы: экспериментальное исследование процессов амплитудной модуляции.

3.1. Общие сведения

Амплитудной модуляцией (АМ) называется процесс изменения ампли-

ветствии с изменением передаваемого низкочастотного сообщения (сигнала): uAM U н t cos нt , где U н , н и амплитуда, частота и фаза несущего колебания; U н t амплитуда (низкочастотная огибающая) несу-

щего колебания, определяемая видом передаваемого сообщения. При тональной модуляции:

u U cos t , U н t U н 1 M cos t ,

где U , и амплитуда, частота и фаза модулирующего колебания; M U U н коэффициент модуляции.

Амплитудно-модулированные колебания (АМК) получают в результате совместного воздействия высокочастотного и низкочастотного колебаний на нелинейную систему. Для осуществления модуляции без искажения формы сообщения должно выполняться условие M 1.

В данной лабораторной работе исследуется сеточная (базовая) АМ.

На рис. 3.1 изображена параллельная схема сеточной (базовой) амплитудной модуляции. В параллельной схеме низкочастотное модулирующее напряжение u и высокочастотное модулируемое напряжение uн подаются на управляющий электрод параллельно.

Конденсатор Ср1 служит для исключения попадания тока управляюще-

го электрода на вход источника высокой частоты. Дроссель Lб1 и конденсатор Cб1 препятствуют прохождению тока высокой частоты через источник питания Е .

Конденсатор Cб2 и дроссель Lб2 предназначены для исключения прохождения тока высокой частоты через источник смещения Есм .

Разделительный конденсатор Cp2 служит для исключения прохождения

постоянной составляющей выходного тока через колебательный контур. Полоса пропускания колебательного контура, настроенного на частоту н , должна соответствовать ширине спектра АМК.

В сеточном (базовом) модуляторе изменение величины смещения Есм вызывает изменение крутизны проходной характеристики. При этом пропорционально крутизне изменяются амплитуда первой гармоники выходного тока, и, следовательно, амплитуда напряжения на колебательном контуре.

Так как амплитуда выходного тока пропорциональна крутизне проходной характеристики, то для неискаженной модуляции необходима линейная зависимость крутизны S от напряжения на управляющем электроде. Эта линейность может быть обеспечена при квадратичной проходной характеристике, что имеет место при малых амплитудах напряжения высокой частоты uн , однако при таком режиме работы модулятор имеет низкий КПД. Для увеличения КПД используют режим работы с отсечкой тока. Модуляция при этом сводится к управлению средней крутизной характеристики. Изменение напряжения смещения Есм (при постоянной амплитуде uн ) приводит к изменению угла отсечки и амплитуды импульсов входного тока Iвых max

(рис. 3.2), а следовательно, к изменению амплитуды первой гармоники выходного тока I .

При работе в режиме отсечки проходную характеристику активного элемента можно аппроксимировать ломаной линией. В этом случае амплитуда

19

iвых m2

iвых m3

Eсм2

Uωн

Eсм3

Рис. 3.2

первой гармоники выходного тока Iвых1, рассчитанная методом гармониче-