Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практикум по радиоэлектронике
.pdf
С4
Рис. 7.1. Двухкаскадный резисторный усилитель с цепями обратных связей
С ГН2 подайте напряжение питания Ec на схему и, используя для его измерения ИВ, установите E
входного сигнала подключите ко входу схемы (клеммы 1 и
= –9 В. Для подачи
c
^)
генератор Г3–118. Для измерения напряжения выходного
сигнала U
подключите к точкам 3 и ⊥ милливольтметр.
вых
Задание 2. Измерение амплитудно-частотной и амплитудной характеристик усилителя.
а) Поддерживая напряжение входного сигнала U
измерьте значения U
, соответствующие значениям частоты
вых
= 10 мВ,
вх
входного сигнала f, указанным в табл. 7.1. Рассчитайте соответствующие значения коэффициента усиления по напряжению K. Результаты измерений и расчетов занесите в табл. 7.1
(в рабочую тетрадь).
Таблица 7.1
Зависимость U
f, Гц 20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 50000 100000 200000
, В
U
вых
K
вых
= φ(f)
б) Установите частоту входного сигнала f = 2 кГц и измерь-
те значения U
, соответствующие значениям Uвх, указанным
вых
в табл. 7.2. Заполните в рабочей тетради табл. 7.2.
Таблица 7.2
Зависимость U
Uвх, мВ 5 10 15 20 25 30 40 50 60
, В
U
вых
= f(Uвх)
вых
81
Задание 3. Измерение АЧХ и амплитудной характеристи-
ки усилителя с обратной связью.
Введите в схему обратную связь, установив резистор
R
= 1,6 кОм и емкость С3 = 5 мкФ. Повторите измерения
5
и расчеты задания 2 п. а) и б).
Задание 4. Измерение АЧХ и амплитудной характеристи-
ки усилителя с обратной связью.
Отключите R
R
= 6,8 кОм и соединив гнезда X1 и Х6 перемычкой с раз-
10
и С3. Введите обратную связь, установив
5
делительным конденсатором. Повторите измерения и рас-
четы задания 2 п. а) и б). Разъедините гнезда X1 и Х6, отклю-
чите R
= 6,8 кОм.
10
Задание 5. Получение осциллограмм генератора получен-
ного из усилителя с обратной связью.
1. Отключите генератор сигналов и вольтметр. Введите обратную связь, установив R
ходу схемы (клеммы «3» и «
= 10 Ом и С3 = 5 мкФ. К вы-
5
^») подключите осциллограф
С1–73. Подключите осциллограмму генерируемого
сигнала на выходе. Зарисуйте ее и определите по
осциллограмме период Т выходного сигнала. Рассчитайте
его частоту.
2. Отключите R
R
= 100 кОм и закоротив гнезда «X1» и «Х2». Получи-
10
и C3. Введите обратную связь, подключив
5
те осциллограмму выходного сигнала и зарисуйте ее.
Определите по ней период сигнала Т и длительность
импульса t. Рассчитайте частоту и скважность сигнала
«γ», которая равна отношению периода Т к длительности t.
Задание 6. Построение графиков.
По результатам, полученным в ходе выполнения заданий 2,
3 и 4, постройте на одном графике три зависимости K = F(lg f).
Определите по графикам границы полос пропускания.
Сделайте вывод о характере обратных связей, вводимых в заданиях 3 и 4.
Задание 7. Обработка экспериментальных результатов.
Постройте на одном графике три зависимости U
= j (Uвх)
вых
на основании данных, полученных в ходе выполнения
82
заданий 2, 3 и 4. Определите по графикам максимально допустимое значение U
щее ему значение максимально допустимое U
и в каждом из 3-х случаев соответствую-
вых
.
вх
Задание 8. Обработка результатов.
По результатам, полученным при выполнении заданий 2,
3 и 4 рассчитайте значения коэффициентов обратной связи
на средней частоте полосы пропускания для связей,
вводимых в заданиях 3 и 4.
Контрольные вопросы
1. Понятие обратной связи.
2. Классификация обратных связей.
3. Способы получения обратных связей.
4. Влияние обратной связи на коэффициент усиления.
5. Влияние обратной связи на АЧХ усилителя.
6. Влияние обратной связи на амплитудную характеристику усилителя.
7. Влияние обратной связи на входное и выходное сопротивления усилителя.
8. Влияние обратной связи на стабильность коэффициента усиления.
83
Лабораторная работа № 8
LС-автогенератор
Цель работы: Проверка выполнения баланса амплитуд
в автогенераторе, исследование влияния параметров контура
генератора и нагрузки на характеристики автогенератора.
Оборудование:
1. Лабораторный стенд.
2. Осциллограф.
3. Вольтметры переменного напряжения – 2 шт.
4. Частотомер.
5. Генератор звуковой.
Рекомендуемая литература: [1], [2].
Введение
Автогенератор представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию
высокочастотных колебаний. В качестве активного элемента
автогенератора в современной радиоэлектронной аппаратуре на частотах до 10
полярные и полевые транзисторы.
Транзисторный автогенератор можно рассматривать как
усилитель, охваченный обратной связью (рис. 8.1). Установившиеся колебания в такой схеме могут существовать лишь
при выполнении определенных условий, получивших название баланса амплитуд (8.1) и баланса фаз (8.2):
10
Гц наиболее широко используются би-
K(U
ϕ
где U
K(U
– амплитуда напряжения на входе такого усилителя,
вх
) и β – коэффициенты передачи усилителя и цепи обратной
вх
+ ϕβ = 2πn, n = 0, 1, 2, …, (8.2)
k
связи соответственно, а ϕ
84
) ∙ b = 1, (8.1)
вх
и ϕβ – фазовые сдвиги в этих цепях.
k
Рис. 8.1. Структурная схема автогенератора
Условие баланса амплитуд отражает равенство энергии
источника питания, преобразуемой активным элементом,
и энергии высокочастотных колебаний, выделяемой на сопротивлении нагрузки генератора. Из уравнения (8.1) следует,
что амплитуда напряжения на входе усилителя U
равна ам-
вх
плитуде напряжения на выходе четырехполюсника обратной
связи U
и U
. Равенство (8.2) выполняется, если напряжения Uвх
ос
совпадают по фазе, то есть обратная связь имеет поло-
ос
жительный характер. Выполнение одновременно баланса фаз
и баланса амплитуд означает, что на вход усилителя без обратной связи воздействует лишь напряжение с выхода цепи
обратной связи, а напряжение внешнего воздействия U
= 0,
вх
то есть система является источником колебаний.
Процесс возникновения и нарастания колебаний в схеме
при подключении источника питания определяется условием самовозбуждения при U
вх
≈ 0.
K(0) ⋅ β > 1. (8.3)
Это соотношение отражает превышение энергии источ-
ника питания, преобразуемой активным элементом, над
энергией высокочастотных колебаний, рассеиваемой на сопротивлении нагрузки генератора, в результате чего энергия
колебаний в генераторе увеличивается со временем.
При выполнении условия (8.3) малое напряжение на вхо-
де усилителя, появление которого связано со случайными
флуктуациями заряда в проводнике вследствие теплового
движения носителей, будет нарастать. Неограниченному
возрастанию амплитуды колебаний в системе препятствует
нелинейный характер зависимости коэффициента усиления
k от амплитуды входного напряжения U
ность амплитудной характеристики усилителя K = f(U
С нарастанием колебаний коэффициент передачи усилителя
, то есть нелиней-
вх
).
вх
85
K уменьшается и условие (8.3) переходит в условие баланса
амплитуд (8.1), условие существования стационарных колебаний. Таким образом, уравнение (8.1) позволяет по известной
амплитудной характеристике усилителя определить амплитуду
установившихся колебаний автогенератора. Поскольку фазы
коэффициента усиления ϕ
ϕ
(ω) зависят от частоты, уравнение (8.2) баланса фаз
β
(ω) и коэффициента обратной связи
k
определяет частоту генерируемых колебаний. Для того, чтобы
баланс фаз выполнялся только на одной частоте, усилитель
или цепь обратной связи должны содержать частотноизбирательные цепи. Это обеспечивает гармоническую форму колебаний. В зависимости от вида амплитудной характеристики усилителя возможны два режима самовозбуждения автогенератора. Если амплитудная характеристика
имеет вид, изображенный на рис. 8.2, то в точке покоя (U
= 0)
вх
выполняется условие (8.3) и, следовательно, это положение
неустойчиво (возникают колебания). Это характерно для
мягкого режима самовозбуждения.
Точке пересечения кривой K(U
) c прямой 1/β на рис. 8.2
вх
соответствует устойчивый стационарный режим работы
(Kβ = 1).
Рис. 8.2. Амплитудная характеристика при мягком возбуждении
(самовозбуждении)
Жесткий режим возбуждения отличается тем, что при Uвх = 0
условие (8.3) не выполняется и положение покоя оказывается
устойчивым. Амплитудная характеристика, соответствующая
этому случаю, представлена на рис. 8.3. Колебания в таком
автогенераторе могут возникнуть, если первоначально на вход
86
усилителя подать внешне напряжение, амплитуда которого
превышает значение U
. После снятия внешнего воздействия
1
система перейдет в устойчивое состояние с амплитудой колебаний U
. Можно также увеличить временно коэффициент
2
обратной связи до значения, при котором возникнут колебания большей амплитуды. Хотя в жестком режиме труднее
получить колебания, КПД генератора η = P
полезная генерируемая мощность, P
– мощность, потреб-
ист
пол/Рист
, где P
пол
–
ляемая от источника питания, в жестком режиме выше, чем
в мягком.
Рис. 8.3. Амплитудная характеристика при жестком возбуждении
В данной работе исследуется LС-автогенератор, представ-
ляющий собой резонансный усилитель, охваченный
положительной обратной связью (рис. 8.4). Обратная связь –
трансформаторная; напряжение на вход усилителя подается
с катушки связи, индуктивно связанной с основной катушкой – катушкой индуктивности. Коэффициент обратной
связи здесь зависит от коэффициента взаимной индукции М
и индуктивности L
β = M/L
:
к
. (8.4)
к
Выше было показано, что автогенератор принципиально
работает в нелинейном режиме. Включение высокодобротного колебательного контура в коллекторную цепь транзистора обеспечивает, с одной стороны, выполнение баланса
фаз только на резонансной частоте, а с другой стороны –
устраняет возможные нелинейные искажения генерируемых
колебаний за счет фильтрующих свойств контура.
87
Рис. 8.4. Схема LC-автогенератора
Практическая часть работы
Задание 1. Исследование АЧХ базового резонансного усилителя.
Соберите схему (рис. 8.4), используя V
(выносные однополюсные вилки в гнезда L
= 51 кОм; R2 = 6,1 кОм; R3 = 10 Ом; R4 = 6,8 кОм;
R
1
= 0,1 мкФ (с выносными клеммами), С2 = 0,033 мкФ,
С
1
= 1000 пФ, С4 = 0,1 мкФ; С5 = 100пФ; L1 – закоротка.
С
3
Для подачи питания Е
шкале напряжение Е
подключите ГН-2, установив по
с
= 9 В. Для подачи входного сигнала
с
подключите генератор ГЗ-118 к выносным клеммам на элементе C
лителя U
. Для измерения напряжения сигнала на входе уси-
1
и на его выходе U
вх
подключите вольтметры пере-
вых
менного напряжения к клеммам Х2, ⊥ и клеммам ХЗ, ⊥ соответственно.
Установите U
величину U
вх
= 50 мВ. Поддерживая в дальнейшем эту
вх
, измерьте значения U
на частоте от 40 до 60 кГц
вых
через 1 кГц. Рассчитайте значение коэффициента усиления
K = U
вых /Uвх
на этих частотах. Результаты измерений
и расчетов занесите в табл. 8.1. По результатам измерений
определите резонансную частоту усилителя.
f, кГц
U
, В
вх
K
Зависимость U
вых
– МП16, L2 – Z2
1
не подключать),
1
= φ(f)
Таблица 8.1
88
Задание 2. Снятие амплитудной характеристики усилителя.
Установите частоту входного сигнала f = f
. Изменяя Uвх
рез
в пределах от 20 мВ до 200 мВ с шагом 10 мВ, измеряйте соответствующие значения U
. Рассчитайте значения K, ре-
вх
зультаты занесите в табл. 8.2.
Таблица 8.2
Зависимость U
U
, мВ
вых
U
, В
вх
K
= φ(Uвх)
вых
Задание 3. Возбуждение автоколебаний.
Отключите генератор ГЗ-118. Конденсатор С
= 0,1 мкФ
1
замените на аналогичный по номиналу, но без выносных
клемм. Отключите «закоротку» и подключите однополюсные
вилки Z
гнезда L1. Меняя местами однополюсные вилки,
2
добейтесь возбуждения колебаний, о чем можно судить по
появлению показаний вольтметров переменного, напряжения. Измерьте U
К. Отключите вольтметры. Подключите к клеммам Х3 и
вх
и U
, рассчитайте коэффициент усиления
вых
^
частотомер для измерения частоты генерируемых колебаний, а к клеммам 1 и ⊥ – осциллограф С1–73 для наблюдения их форма. Измерьте частоту генерации, получите осциллограмму колебаний и зарисуйте их форму. Отключите
осциллограф.
Задание 4. Исследование влияния нагрузки на входное
напряжение и частоту генерации.
Подключите вольтметр к выходу схемы (клеммы 1 и ⊥)
для измерения напряжения на нагрузке U
R
= 15 кОм; 2 кОм; 6,8 кОм. Отключите вольтметр. Отклю-
4
чите конденсатор С
ключите С
вите С
= 0,022 мкФ и вновь измерьте частоту. Устано-
3
= 1000 пФ.
3
и измерьте частоту колебаний. Под-
3
. Измерьте Uн при
н
Задание 5. Исследование влияния емкости контура на
частоту генерируемых колебаний.
Измерьте частоту генерации при следующих значениях
емкости С
: 0,033 мкФ; 0,022 мкФ; 0,01 мкФ.
2
89
Задание 6. Наблюдение осциллограммы тока эмиттера
в нелинейном режиме работы транзистора.
Подключите осциллограф C1–73 к клеммам Х4 и ⊥. За-
рисуйте осциллограмму тока эмиттера. Установите
С
= 0,033 мкФ, зарисуйте осциллограмму тока в этом случае.
2
Задание 7. Обработка экспериментальных результатов.
1. По результатам задания 1 постройте график АЧХ резонансного усилителя K = F(f). Определите резонансную
частоту и полосу пропускания усилителя.
2. По результатам задания 2 постройте зависимость
K = F(U
).
вх
3. Зная величины коэффициента взаимной индукции М
катушек L
и L2 и индуктивность L2 (указаны на лабо-
1
раторном стенде), рассчитайте коэффициент обратной
связи β. Постройте на графике K = F(U
) прямую К = 1/β.
вх
Сделайте вывод о возможном режиме самовозбуждения.
Сравните величину 1/β c K, полученным в задании 3.
4. Проанализируйте результаты, полученные в заданий 4.
5. Рассчитайте частоту генерации при значениях емкости
С
, использовавшихся в задании 5, сравните расчетный
2
результат с экспериментальным.
Контрольные вопросы
1. Что представляет собой автогенератор?
2. Какие условия необходимо выполнить, чтобы возбудить автогенератор?
3. Какова роль нелинейного элемента в автогенераторе?
4. В чем особенности мягкого и жесткого режимов возбуждения?
5. Как в исследуемом LC-генераторе реализуется условие
баланса фаз?
6. Как в LC-генераторе обеспечивается гармоническая
форма колебаний?
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]