8

Лабораторная работа № 7 Исследование генератора прямоугольных радиоимпульсов

ЦЕЛЬ РАБОТЫ целью настоящей работы является изучение устройства и принципа работы "заторможенного" генератора радиоимпульсов, исследование влияния на его работу положительной и отрицательной обратной связи и режима управляющей цепи.

Введение

В измерительной технике связи часто используются сигналы, называемые радиоимпульсами. Радиоимпульсы представляют собой импульсы высокочастотных колебаний некоторой частоты , амплитуда которых изменяется по некоторому закону, выражающему закон изменения огибающей радиоимпульса (рис. 1).

Рис. 1

В приводимом примере эта огибающая представляет собой прямоугольный импульс длительностью , т.е. аналитически может быть представлена в таком виде:

Генерирование радиоимпульсов может быть произведено двумя способами, которые поясняются с помощью рис. 2.

а

б

Рис. 2

В первом случае ( рис. 2 а) имеется генератор синусоидальных колебаний, работающий в непрерывном режиме, но в нагрузку эти колебания поступают только при замыкании на времяключа К. Роль ключа может выполнять реле, лампа, транзистор и т.д. В другом случае нагрузка подключена к генератору постоянно, но сам генератор работает только во время действия внешнего управляющего импульса длительностью. Такой эффект может быть достигнут, если, например, в промежуток временизамкнуть цепь положительной обратной связи в генераторе (рис. 2 б). Вне интервалацепь положительной обратной связи разомкнута, и генератор находится в "заторможенном" состоянии. В данной работе рассматривается схемная реализация именно второго способа получения радиоимпульсов.

Схема генератора и его работа.

Рис.3

Собственно, генератор собран на транзисторе Т₄ с колебательным контуром в цепи коллектора и индуктивной положительной обратной связью с коллектора транзистора на его эмиттер. Опуская второстепенные элементы схемы, нетрудно увидеть, что транзистор включен по схеме с общей базой (рис. 4). В реальной схеме, база Т₄ "заземлена" (для переменного тока) с помощью конденсатора СЗ.

Рис. 4

На рис. 4 сигнал положительной обратной связи снимается с обмотки и подается на эмиттер через конденсатор(в макете – через цепочкуR_ll, R₁₂, С₅ см. рис.3). Для управления работой генератора используется каскад по схеме с общим эмиттером на транзисторе Т_З, в коллекторную цепь которого включены сопротивления R₇ и R₆ и диоды D₁ и D₂. Обратимся к рис. 5.

Рис. 5

При отсутствии управляющего сигнала на базе, транзистор открыт отрицательным смещением, подаваемым на его базу с "-" источника питания Е_к через сопротивление R₅. Это означает, что протекает ток по такой цепи: "+" источника питания Е_к – сопротивление эмиттер-коллектор открытого транзистора Т_З – сопротивления R₆ и R₇. Далее этот ток делится на две примерно равные части. Через диод D₁ (одна часть) и диод D₂ и индуктивность L (другая часть) попадает на "-" источника питания Е_к. Ток протекающий через индуктивность создает запас магнитной энергии, который, однако, не может привести к возникновению колебаний в контуре, т.к. цепочка из последовательно соединенных диодов D₁ и D₂ имеет небольшое сопротивление и сильно шунтирует колебательный контур.

Если транзистор Т₃ закрыт (для этого нужно на его базу по отношению к эмиттеру подать "+" потенциал), то сопротивление транзистора между выводами эмиттер-коллектор станет практически бесконечным, прекратится ток через диоды D₁ и D₂ и они перестанут шунтировать колебательный контур. Появится возможность для возникновения затухающих колебаний до тех пор, пока не закончится положительный управляющий импульс на базе транзистора.

При выполнении работы исследуется влияние обратных связей в генераторе и режимов работы управляющего каскада. Положительная обратная связь осуществляется подачей части выходного напряжения с обмотки связи через сопротивления R_ll, R₁₂ и конденсатор С₅ на эмиттер Т₄. Если бы не было положительной обратной связи ( R₁₂ очень велико), то генератор формировал бы радиоимпульс с убывающей амплитудой колебаний (рис.6).

а

б

в

Рис. 6

Быстрота затухания определяется добротностью колебательного контура Q. Применение положительной обратной связи позволяет компенсировать потери в контуре и сделать колебания незатухающими (рис.6б). Однако, определенной величине коэффициента обратной связи (он зависит от R₁₂) соответствует определенная амплитуда установившихся колебаний генератора, и поэтому при введении положительной обратной связи могут формироваться три различных по виду радиоимпульса (рис.6). В том случае, если начальный запас энергии в катушке индуктивности превышает уровень колебательной энергии в контуре, соответствующий данному коэффициенту обратной связи, то радиоимпульс будет по прежнему иметь убывающую амплитуду (рис. 6а), только более медленно, чем при отсутствии положительной обратной связи. Если начальный запас энергии ниже, то сформируется радиоимпульс с нарастающей амплитудой (рис.6в). И только в случае равенства начальной энергии уровнюгенератор вырабатывает прямоугольный радиоимпульс (рис.6б).

Нелинейная отрицательная обратная связь осуществляется подачей выходного напряжения со специальной обмотки через диодыD₃ и D₄, сопротивления R₁₃ и R₁₂ и конденсатор С₅ на эмиттер Т₄. Действие такой связи поясняется на рис. 7.

а	б
в Рис. 7

На рис. 7 а дана аппроксимация вольтамперной характеристики полупроводникового диода, а на рис. 7 б вольтамперная характеристика параллельного соединения двух диодов D₃ и D₄. Видно (рис. 7 в), что для напряжения на обмотке обратной связиU < U₁, такая цепочка представляет собой очень большое сопротивление обратной связи R_OC (B нашем случае это эмиттерный вход транзистора Т₄) не будет выделяться напряжение отрицательной обратной связи. Если же напряжение на обмотке U > U₁, то на эмиттерный вход Т₄ поступит напряжение отрицательной обратной связи, что приведет к уменьшению амплитуды колебаний в генераторе. При совместном действии положительной и отрицательной обратной связи прямоугольный радиоимпульс формируется не только когда начальный запас энергии в контуре равен уровню энергии, определяемому коэффициентом положительной обратной связи , но и тогда, когда начальная энергия превышает этот уровень. Не трудно увидеть, что амплитуда колебаний в контуре установится на том уровне, при котором, амплитудное значение гармонических колебаний на входе обмотки отрицательной обратной связи будет. Режим работы запуска цепи на транзисторе Т_З должен быть выбран таким, чтобы при отсутствии запускающего импульса, через открытый транзистор тек возможно больший ток (для этого можно уменьшить сопротивление R₇), при этом увеличится начальный запас энергии в контуре и амплитуда радиоимпульса. При формировании радиоимпульса нужно, чтобы диоды D₁ и D₂ не шунтировали контур, а следовательно, коллекторный ток Т_З должен быть равен "0", т.е. транзистор должен быть "заперт". Для этого на вход ВХ2 макета, а значит и на базу Т_З подается на время положительное напряжение (по отношению к эмиттеру). Причем, амплитуда положительного импульса должна быть больше отрицательного (открывающего) напряжения смещения, подаваемого на базу Т_З с "-" источника питания через сопротивление R₅.

СХЕМА ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

Принцип работы и схема генератора радиоимпульсов и управляющего каскада описаны выше. В макете, кроме того, имеется мультивибратор на транзисторах Т₁ и Т₂. Мультивибратор вырабатывает периодически повторяющиеся положительные импульсы, которые поступают на вход ВХ2 генератора радиоимпульсов и управляют его работой. Замыкание тумблера ВК1 переводит генератор в режим непрерывной генерации.