2.3. Лабораторный стенд «Автогенератор гармонических колебаний»
Лабораторный стенд предназначен для исследования:
схем автогенераторов (АГ) с кварцевой стабилизацией частоты и без нее;
регулировочных и нагрузочных характеристик автогенераторов;
диаграмм срыва колебаний;
влияния фазы коэффициента обратной связи на частоту колебаний автогенераторов;
влияния напряжения источника питания на частоту генерируемых колебаний;
прямого метода осуществления частотной модуляции (ЧМ);
статической и динамических модуляционных характеристик;
влияния температуры транзистора и кварцевого резонатора на стабильность частоты автогенератора;
кратковременной и средневременной нестабильностей частоты.
Стенд используется при выполнении лабораторных работ «Исследование одноконтурного автогенератора», «Исследование автогенератора с кварцевой стабилизацией частоты», «Исследование прямого метода формирования сигналов с частотной модуляцией» и «Исследование нестабильности частоты автогенераторов». Упрощенная схема стенда, приведенная на его лицевой панели, показана на рис. 5.
Рис. 5. Упрощенная схема стенда «Автогенератор гармонических колебаний»
Основой автогенератора является транзистор VT. Питание транзистора осуществляется по параллельной схеме от источника ЕП через регулятор R3, ручка которого расположена на лицевой панели в поле «ЕК», и блокировочную цепочку LБЛ1СБЛ1. Напряжение смещения подается по параллельной схеме от источника ЕСМ через переключатель S16 и блокировочную цепочку LБЛ2СБЛ2. При нахождении переключателя в положении 1 непосредственное фиксированное напряжение смещения формируется резистивным делителем R10R11, а в положении 2 напряжение смещения можно регулировать потенциометром R12, ручка которого расположена на лицевой панели стенда в поле «ЕСМ».
Эквивалентное сопротивление нагрузки RН требуемой величины обеспечивается параллельным соединением резисторов R4…R6 при помощи переключателей S7 и S8 и подключается к коллектору транзистора посредством разделительного конденсатора СР3.
Необходимая величина параметров цепи автоматического смещения RЭ и СЭ обеспечивается параллельным соединением соответственно резисторов R7…R9 с помощью переключателей S14 и S15 и конденсаторов С1..С3 с помощью переключателей S11…S13.
Встроенная в стенд линия задержки ЛЗ на основе длинной линии позволяет регулировать фазовый сдвиг в цепи обратной связи при помощи потенциометра «».
Любая из исследуемых схем автогенераторов может быть получена с помощью электронных ключей, управление которыми осуществляется при помощи набора кнопочных переключателей «ТИП СХЕМЫ», расположенного в нижней части лицевой панели, путем однократного нажатия и удержания кнопок в течение 0,2 с. Состояние ключей индицируется соответствующими светодиодами. Всего возможно пять схем АГ на базе емкостной трехточки. Схема №1 представляет собой одноконтурный АГ с кварцевой стабилизацией частоты при включении кварцевого резонатора (КР) ZQ во входную емкостную ветвь, т.е. между базой и эмиттером транзистора. Схема №2 – также стабилизированный одноконтурный АГ с включением КР в индуктивную ветвь, т.е. между коллектором и базой транзистора. Схема №3 – одноконтурный АГ с кварцевой стабилизацией частоты при включении КР в цепь обратной связи. Все три схемы допускают работу в режиме генератора, управляемого напряжением по частоте, и в режиме частотной модуляции (соответственно, ГУН и ЧМ). Наиболее просты схемы №4 и №5, представляющие собой одноконтурный автогенератор при включении транзистора соответственно по схеме с общей базой и общим эмиттером. При этом схема №4 допускает работу в режиме ГУН и в режиме ЧМ.
Для осуществления ЧМ и для управления частотой в состав колебательной системы АГ при помощи переключателя S1 включается варикап VD. Управление емкостью варикапа производится подачей через резистор R2 напряжения ЕУПР, уровень которого регулируется соответствующим потенциометром. Встроенный генератор модулирующего сигнала G1 подключается к варикапу через цепочку R1СР1 и обеспечивает дискретное изменение частоты от 10 Гц до 18 кГц (16 значений) с помощью кнопки и плавную регулировку амплитуды с помощью потенциометра. Органы управления генератором расположены на лицевой панели стенда в поле «ГЕНЕРАТОР G1».
Для исследования влияния температуры на частоту колебаний АГ в состав стенда включены нагреватели транзистора и кварцевого резонатора, управляемые кнопками «НАГРЕВ VT» и «НАГРЕВ ZQ».
Встроенный мультиметр позволяет измерять токи, напряжения и частоту в контрольных точках исследуемого генератора и значение девиации частоты выходного сигнала. При измерении переменных токов и напряжений выводятся их амплитудные значения. Измерение температуры производится в градусах Цельсия. В данном стенде средняя кнопка управления мультиметром предназначена для запуска встроенного частотомера.
В качестве контрольных точек в лабораторном стенде предусмотрены коллектор транзистора (на осциллограф выводится переменная составляющая напряжения), подключенный к выходному каналу 1, и эмиттер транзистора (на осциллограф выводится полное напряжение), подключенный к каналу 2.