компенсации ослабления сигнала в цепи обратной связи и в соответствии с условием (12.2) отвечать неравенству Kу > 3.

Рис. 12.5

Амплитуда установившихся в автогенераторе колебаний ограничивается нелинейностью самого усилителя. Если коэффициент усиления разомкнутого тракта автогенератора Н(ω0 ) заметно больше трех, то форма генерируемых

колебаний может существенно отличаться от синусоидальной.

Для уменьшения этих искажений применяют автоматическую регулировку коэффициента передачи усилителя Kу, осуществляемую, например,

с помощью инерционного нелинейного терморезистора Rt с отрицательной

зависимостью сопротивления от приложенного к нему напряжения, включаемого в цепь отрицательной обратной связи (рис. 12.2, в). Уменьшение сопротивления резистора Rt приводит к увеличению коэффициента передачи

уменьшению коэффициента передачи усилителя, определяемого выражением

связи.

Уменьшение коэффициента передачи усилителя приводит к уменьшению искажений колебаний.

12.2. Описание лабораторной установки

Установка (рис. 12.6) содержит генератор сигналов низкой частоты (НЧ), двухлучевой осциллограф с двумя раздельными входами, «Усилитель Y1» и «Усилитель Y2» и экспериментальный макет.

124

Рис. 12.6

Для исследования амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик цепей обратной связи в макет введены: сдвоенный переключатель S2 (а и б); разъем 1 (Р1) макета, к которому подключается выход генератора сигналов НЧ; разъем 2 (Р2) макета, к которому подключается первый выход осциллографа; разъем 3 (Р3) макета, к которому подключается второй вход осциллографа.

Коэффициент передачи усилителя устанавливается делителем напряжения в цепи отрицательной обратной связи, образованным резисторами R4 и R6, и регулируется при изменении значения сопротивления R4. В режиме авторегулирования глубины отрицательной обратной связи переключателем S1 к делителю подключается терморезистор R5. Изменение характеристик моста Вина производится сдвоенным резистором R3.

Макет состоит из операционного усилителя с коэффициентом передачи K0 , охваченного цепью обратной связи, образованной резисторами R4, R5,

R6, и из включенных в цепь положительной обратной связи генератора фазосдвигающих цепочек, состоящих из резисторов и конденсаторов R1, С1 и R2, С2 и частотно-зависимой цепи в виде моста Вина (R3, C3).

12.3. Задание и указания к выполнению работы

1. Включить электропитание генератора, осциллографа и макета и установить на выходе генератора колебание с максимальной амплитудой

(Uвых →30 В).

125

2.Для исследования частотных и фазовых характеристик цепей обратной связи автогенераторов отключить усилитель (S3 — в положение 3) и подать на вход цепей обратной связи сигнал с генератора, подключив его к разъему Р1. Для контроля входного сигнала подключить первый канал осциллографа к разъему Р2. Второй канал осциллографа подключить к выходу цепи обратной связи (разъем Р3).

3.Исследовать АЧХ и ФЧХ трех цепей обратной связи:

а) трехзвенной RC-цепи,

б) четырехзвенной RC-цепи,

в) моста Вина (при среднем значении сопротивления R3).

Измерения производятся для 7 значений частот, указанных на макете. Выбор исследуемой цепи производится с помощью переключателя S2.

Измерение АЧХ производится путем определения (с помощью осциллографа) амплитуд входного Uвх и выходного Uвых напряжения. Модуль ко-

эффициента передачи рассчитывается затем как Uвых / Uвх.

Для снятия ФЧХ цепей обратной связи следует измерять относительный сдвиг гармонических колебаний на экране осциллографа. С этой целью осу-

колебания, снятого с выхода генератора (канал I), и измерить следующие величины (рис. 12.7):

•L — зависящее от частоты расстояние (в клетках) между ближайшими минимумами (максимумами) входного или выходного колебания;

•x — расстояние (также в клетках) между минимумами (максимумами) входного и выходного колебаний исследуемой цепи. При этом левый рассматриваемый максимум должен обязательно принадлежать входному сигналу, а правый — выходному (см. рис. 12.7).

Фазовый сдвиг (в градусах), вносимый исследуемой цепью, рассчитыва-

ется затем по формуле Δϕ = 360 Lx .

4. Отключить генератор НЧ и, изменяя коэффициент усиления усилителя с помощью резистора R4, определить коэффициент усиления усилителя, при котором возникают колебания в трехзвенном и четырехзвенном автогенераторах и в генераторе с мостом Вина. Переключатель S3 при этом должен быть установлен в положение 2 для трех- и четырехзвенной цепей обратной

126

связи и в положение 1 — для моста Вина. Шкала переменного резистора R4 проградуирована непосредственно в значениях коэффициента усиления.

5. Для всех трех автогенераторов определить частоту колебаний, с помощью осциллографа измеряя их период. Для автогенератора с мостом Вина

измерить частоту колебаний для двух случаев — при R3min и R3max.

6. В автогенераторе с мостом Вина установить с помощью резистора R4 коэффициент усиления немного выше порогового значения, при котором возникают колебания, добившись при этом заметного отклонения формы колебаний от синусоидальной. Подключить цепь автоматической регулировки усиления (переключатель S1 — замкнуть). Зарисовать форму генерируемых сигналов с АРУ и без нее.

Содержание отчета

•таблицы значений и графики измеренных АЧХ и ФЧХ цепей обратной связи;

•значения пороговых коэффициентов усиления, при которых возникают колебания в автогенераторах;

•частоты колебаний автогенераторов;

•рисунки, иллюстрирующие влияние цепи автоматической регулировки усиления на форму генерируемых колебаний;

•теоретический расчет частоты, на которой выполняется баланс фаз, если в качестве цепи обратной связи используется:

1)трехзвенная RС-цепь с R1 = 1,5 кОм, C1 = 0,01 мкФ;

2)четырехзвенная RС-цепь с R2 = 1,5 кОм, C2 = 0,01 мкФ;

3а) мост Вина с R3 = 1 кОм, C3 = 3 мкФ; 3б) мост Вина с R3 = 1,2 кОм, С3 = 3 мкФ;

•результаты сравнения теоретических результатов с экспериментальными;

•выводы по полученным результатам.

Контрольные вопросы

1.Что такое годограф? В чем состоит сущность частотного критерия устойчивости Найквиста?

2.С какой целью в цепь обратной связи включается терморезистор?

3.Чем определяется частота генерации автогенераторов? Привести пример.

4.Определить частоту генерации для автогенератора, у которого переставлены местами резисторы и конденсаторы по сравнению с рис. 12.2, а или 12.2, б (по указанию преподавателя). Считать, что RC-звенья не влияют друг на друга.

127

5.Определить возможную частоту генерации и необходимый тип усилителя (инвертирующий или неинвертирующий) по ФЧХ разомкнутой цепи, заданной преподавателем.

6.Объяснить методику измерения ФЧХ цепи обратной связи. Как при этом должна осуществляться синхронизация осциллографа?

7.Роль пассивной цепи (четырехполюсника) обратной связи в автогенераторе состоит в обеспечении баланса фаз на частоте генерации. Можно ли использовать в качестве четырехполюсников обратной связи Г-образные LC- и CL-цепи?

8.Какой фазовый сдвиг на некоторой фиксированной частоте ω0 может обеспечить одно Г-образное RC-звено? два последовательно включенных таких звена?

9.Фазосдвигающая цепь является линией задержки. Записать ФЧХ идеальной (неискажающей форму сигнала) линии задержки.

10.Как по АЧХ и/или ФЧХ 3-звенной (4-звенной, моста Вина) RC-цепи определить возможную частоту генерации?

11.Линия задержки является фазосдвигающей цепью. Определить фазовый сдвиг, вносимый идеальной (неискажающей форму сигнала) линией задержки на 1 мкс на частоте 0,5 МГц.

12.Почему сигнал, генерируемый RC-автогенератором, отличается по форме от гармонического? Какие меры принимаются для улучшения формы сигнала (на примере макета и по данным эксперимента)?

128