Исследование режимов работы lc-генератора гармонических колебаний Введение
Как и в механике, в радиоэлектронике легко получить колебательные системы. Простейшей из них является параллельный колебательный LC-контур, где возможно колебание электрических зарядов и напряжений на пластинах конденсатора, напряженности электрического поля и его энергии в конденсаторе, силы тока в контуре, индукции магнитного поля и его энергии в катушке индуктивности. Как и в механике, для возникновения колебаний в радиоэлектронике также необходим источник энергии. Как энергия источника постоянного напряжения в колебательномLC-контуре превращается в энергию незатухающих гармонических колебаний - подробно рассматривается в данном модуле методического пособия.
Цель работы:
Изучение принципа работы и устройства LC- автогенераторов гармонических колебаний.
Изучение структурных и принципиальных схем LC–генераторов на транзисторах.
Изучение теории самовозбуждения, стабильного и переходного режимов работы автогенератора.
Изучение особенностей мягкого и жесткого режимов работы автогенератора.
Дифференциальное уравнение LC–генератора на транзисторе, его анализ и следствия.
Задачи:
Овладение навыками измерения частоты автоколебаний с помощью частотомера, осциллографа и напряжения – с помощью осциллографа и электронного вольтметра.
Овладение навыками самостоятельного получения вольтамперной и колебательной характеристик автогенератора.
Исследование работы генератора в мягком и жестком режимах.
Получение фазового портрета напряжения автогенератора.
1 Краткая теория
1.1 Электронные генераторы и их классификация
Электронный генератор – это устройство, в котором осуществляется преобразование энергии постоянного тока в энергию переменного тока требуемой амплитуды, частоты, формы и мощности.
Различают два принципиально разных режима работы электронных генераторов: вынужденный и автоколебательный. В вынужденном режиме колебания в выходных цепях генератора возникают только при поступлении сигналов от внешнего устройства. В автоколебательном режиме колебания происходят без подведения внешнего переменного напряжения – такое устройство называют автогенератором или генератором с самовозбуждением.
В зависимости от формы генерируемого сигнала различают генераторы:
гармонических колебаний (они вырабатывают напряжение, амплитуда которого изменяется по закону синуса или косинуса);
релаксационные (или импульсные) генераторы, вырабатывающие напряжение несинусоидальной формы.
В общем виде генерация синусоидальных колебаний представляет собой процесс, связанный с преобразованием частотного спектра (рисунок 1), так как при генерации энергия источника постоянного тока преобразуется в энергию высокочастотных колебаний.
Рисунок 1 – Преобразование спектра при генерации:
а) исходный спектр; б) спектр после преобразования
В зависимости от частоты генерируемых колебаний различают генераторы:
Низкочастотные (НЧ), вырабатывающие колебания в диапазоне частот
20 Гц 100 кГц.
Высокочастотные (ВЧ) - в диапазоне частот 100 кГц 100 МГц.
Сверхвысокочастотные (СВЧ) - в диапазоне частот 100 МГц 10 ГГц и выше.
Являясь первоисточником электрических колебаний, автогенераторы широко используются в радиопередающих и радиоприемных устройствах, в измерительной аппаратуре, в электронных вычислительных машинах, в устройствах телеметрии и т. д. В данной работе рассмотрен LC-автогенератор гармонических колебаний на полевом транзисторе.