Дослідження rc-генератора гармонічних коливань

Теоретичний вступ.

Одним з варіантів генератора є підсилювач, охоплений додатнім зворотнім зв'язком (рис.1).

Рис.1.

Стрілки на схеми вказують для якого напряму передачі визначені коефіцієнти передачі .

Для даної схеми можна записати:,звідки:.

Якщо , то такий зворотній зв'язок називають додатнім.

Тоді .

Якщо , то тоді може бути відмінним від нуля при , тобто ця схема буде генератором. При в такій схемі будуть наростаючі коливання.

Таким чином, для того щоб дана схема генерувала необхідно виконати дві умови: - умова балансу фаз, - умова балансу амплітуд.

Для того, щоб спочатку в схемі виникли і наростали коливання необхідно забезпечити . При наростанні коливань, як видно з рис.2, при забезпечиться умова і амплітуда коливань залишиться без змін.

Рис.2.

В даній роботі використовується підсилювач на польовому транзисторі (рис.3а) і RC-ланка зворотного зв'язку (рис.3б).

а) б)

Рис.3.

Даний підсилювач має , тобто для генерації необхідно, щоб .

Завдання до роботи.

1. Визначiть теоретично для заданих значень R і C частоту генерації. Ознайомтесь теоретично з роботою підсилювача на польовому транзисторі.

2. Експериментально визначіть характеристики і параметри підсилювача і ланки зворотного зв'язку, необхідні для перевірки виконання умов генерації. Експеримент проведіть при різних значеннях R і C.

3. Складіть схему генератора i перевірте правильність висновків, зроблених у пункті 2.

Дослідження релаксаційних генераторів

Короткі теоретичні відомості.

1. Мультивібратор – це генератор прямокутних імпульсів, який реалізований як двокаскадний підсилювач з 100% (β=1) додатнім зворотнім зв'язком. В режимі автоколивань транзистори по черзі перемикаються із закритого стану у відкритий і навпаки. Час перемикання значно менший від періоду автоколивань, внаслідок чого мультивібратор генерує імпульси, близькі до прямокутних.

Розглянемо процеси, що відбуваються у симетричному мультивібраторі під час автоколивань (рис. 1).

Рис.1.

Нехай в момент включення живлення струм колектора транзистора VT1 дещо більший за струм колектора транзистора VT2. Внаслідок цього падіння напруги на опорі R_к1 більше, ніж на опорі R_к2, а потенціал колектора VT1 менший, ніж потенціал колектора транзистора VT2. Ці зміни передаються через конденсатори зв'язку C₁ та C₂ на бази транзисторів, що приводить до ще більшого зростання колекторного струму VT1 та зменшення колекторного струму VT2. Заряд конденсатора C₂ відбувається порівняно швидко (з постійною часу C₂R_к2 ) i приводить до насичення транзистора VT1 та закриття транзистора VT2. Конденсатор C₁ в цей момент заряджений до напруги, близької до напруги живлення, з полярністю, вказаною на рис.1. Напруга на конденсаторі C₂ близька до нуля.

Далі починається процес перезаряду конденсатора C₁ від джерела живлення через відкритий транзистор VT1 та опір R_б1 з приблизною постійною часу C₁R_б1. Оскільки R_б1 на порядок перевищує R_к1, то процес перезаряду іде порівняно повільно i завершується швидким відкриттям транзистора VT2 та закриванням транзистора VT1. Далі описані процеси повторюються з точністю до симетрії схеми.

Рис.2

Якісні осцилограми напруг на електродах транзисторів приведені на рис.2. Період автоколивань симетричного мультивібратора можна наближено оцінити по формулі . Амплітуда автоколивань майже дорівнює напрузі живлення. Період коливань транзисторного мультивібратора помітно залежить від напруги живлення. Це пояснюється неідеальністю ключових властивостей транзистора.

Завдання до роботи.

1. За відомими величинами елементів мультивібратора підрахувати період автоколивань.

2. Одержати та зарисувати осцилограми напруг на колекторах та базах транзисторів та порівняти із теоретичним значенням періоду.

3. Визначити експериментально залежність періоду коливань від напруги живлення.