67. Компенсационные стабилизаторы.

Компенсационные стабилизаторы напря­женияобладают более высоким коэффициентом стабилизации и меньшим выходным сопротивлением по сравнению с параметрическими. Их принцип работы основан на том, что изменение напряжения на нагрузке (под действием изменения U_BX или I_н) . Регулирующий элемент (транзистор) может быть включен либо параллельно нагрузке, либо последовательно с ней. В зависимости от этого различают два типа компенсационных стабилизаторов напря­жения: параллельные (рис. 5.15, а) и п о сл е д о в а т е л ь-н ые (рис. 5.15, б). Воздействие на регулирующий элемент в обоих типах стабилиза­торов осуществляется управляющей схемой, в которую входят усили­тель постоянного тока У и источник опорного напряжения ИОН. С помощью ИОН производят сравнение напряжения на нагрузке с опорным напряжением. Функция усилителя сводится к усилению раз­ности сравниваемых напряжений и подаче увиденного сигнала непо­средственно на регулирующий элемент. В схеме рис. 5.15, а стабилизация напряжения на нагрузке достигается, как и в параметрическом стабилизаторе, изменением напря­жения на балластном резисторе R₆ путем изменения тока регулирую­щего элемента. Если принять входное напряжение стабилизатора неизменным, то постоянству напряжения на нагрузке будет соответ­ствовать постоянство напряжения на балластном резисторе. Изме­нение тока нагрузки от нуля до Iнmax будет сопровождаться соответ­ствующим изменением тока регулирующего элемента от Iнmах до нуля. В схеме рис. 5.15, б регулирующий элемент включен последова­тельно с нагрузкой. Стабилизация напряжения нагрузки осуществля­ется путем изменения напряжения на регулирующем элементе. Ток регулирующего элемента здесь равен току нагрузки. В соответствии c рассмотренным принцип действия компенсацион­ных стабилизаторов постоянного напряжения основан на изменении сопротивления регулирующего элемента. Наличие регулирующего элемента обусловливает неизбежные потери энергии в стабилизаторе.

68. Автогенераторы.

С труктурная схема автогенератора, которая состоит из усилителя с коэффициентом усиления К и цепи положительной обратной связи с коэффициентом обратной связи .

В качестве цепи обратной связи используют частотно – зависимые звенья - LC – контуры (в высокочастотных автогенераторах) и RC – четырехполюсники (в низкочастотных автогенераторах). В усилителе, охваченной обратной связью, входное и выходное напряжения связаны между собой соотношениями это справедливо при условии , выполнение этого условия обеспечивает в автогенераторе незатухающие колебания. Величины , в уравнении являются комплексными, поэтому можно написать , где и - модули коэффициентов усиления и обратной связи, - аргументы комплексных чисел, определяющие фазовые сдвиги входных и выходных U соответственно усилителя и обратной связи. Равенство (1) должно выполняться при следующих условиях . Первое уравнение называют условием баланса фаз, второе – условия баланса амплитуд. Условие баланса фаз означает, что в схеме существует положительная обратная связь. Условия баланса амплитуд соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются энергией от источника питания с помощью цепи положительной обратной связи. Значения выбираются, чтобы . Появившиеся по какой-либо причине на входе усилителя слабые колебания усиливаются усилителем в К раз и ослабляются раз цепью обратной связи, попадая вновь на вход усилителя, в той же фазе, но с большей амплитудой. По мере роста амплитуды входного напряжения в усилителе из-за нелинейности его амплитудной характеристики, которая при больших входных напряжениях имеет участок насыщения, коэффициент усиления начинает уменьшатся и произведение становится равной 1. При этом появляются колебания с постоянной и автоматически поддерживаемой амплитудой, что соответствует установившемуся режиму колебаний.

69. LC –автогенераторы.

LC-автогенераторы выполняют обычно на однокаскадном усили­теле, в котором в качестве цепи положительной обратной связи приме­няют резонансный (колебательный) LC-контур. схема на рис.2а. Катушка резонансного контура L₆ индуктивно связана с катушкой L_K, включенной в коллек­торную цепь транзистора. При подаче напряжения питания в колеба­тельном контуре при условии г < появятся слабые колебания с частотой ω₀= 1/ , которые в отсутствие положительной обрат­ной связи должны прекратиться из-за активных потерь энергии в LC-контуре, определяемых величиной r. Появившийся в контуре перемен­ный ток i_б усиливается транзистором. Эти колебания через катушку L_к, индуктивно связанную с катушкой L₆, вновь возвращаются в ко­лебательный контур. Размах колебаний постепенно нарастает до опре­деленной величины, т.к. транзистор представляет собой ограничивающее устройство (рис.2б), не позволяющее коллекторному току возрастать бесконечно. Условие баланса амплитуд в данной схеме сво­дится к тому, что на резонанс­ной частоте ω₀ потери энергии в контуре компенсируются энер­гией, вносимой в колебательный контур источником питания через катушку L_K.

Условие баланса фаз в рас­сматриваемом автогенераторе φ+ψ=0,Kβ=1 осуществляется при сдвиге фаз выходного (коллектор­ного) напряжения U_к на 180° относительно напряжения U_б. Это условие выполняется соответствующей намоткой индуктив­ных катушек (направление намотки витков катушек резонансного контура и коллекторной цепи должно быть противоположным).

Мощность в колебательном контуре, включенном в базовую цепь усилителя, будет небольшой, т.к. ток и напряжение в базовой цепи транзистора имеют малые величины. По этой причине такие автогене­раторы применяют редко. Чаще всего используют автогенераторы, в ко­торых колебательный контур включен по схеме рис. 3а.

В этом автогенераторе мощность колебательного контура значитель­но больше, чем в автогенераторе, схема которого изображена на рис.2а, поскольку колебательный контур подключен практически к источнику питания. Включение в автогенератор конденсатора С предотвращает проникновение постоянной составляющей коллектор­ного тока в катушку L_K. В противном случае это вызвало бы дополни­тельный нагрев ее, а при использовании сердечника — его подмагничивание. Дроссель L препятствует короткому замыканию контура по переменной составляющей через источник питания Е_к, иначе автоге­нератор перестал бы возбуждаться. В этом автогенераторе, как и в ав­тогенераторе, схема которого изображена на рис.2а, имеет место трансформаторная обратная связь в отличие от автотрансформаторной обратной связи в автогенераторе, изображенном на рис.3б, Автогенераторы с индуктивной (автотрансформаторной) связью относят к трехточечным схемам: контур включается в схему тремя точками.

Рис.2. LC-автогенератор: а — схема; б — возникновение незатухающих колебаний в автогенераторе

Рис. 3. Схемы автогенератора с колебательным контуром коллекторной цепи (а) и с автотранформаторной обратной связью (б)

69 RС-автогенератор с мостом Вина.

Этот автогенератор состоит из двух каскадов RC-усилителя и цепи обратной связи, представляю­щей собой мост Вина (рис.1)

Если исключить из этого автогенератора цепь обратной связи и по­давать напряжение с выхода двухкаскадного усилителя на его вход, то в автогенераторе возникнут колебания, форма которых будет резко отличаться от синусоидальной, т.к. условия баланса амплитуд и фаз будут выполняться для множества гармоник, число которых опре­деляется полосой пропускания двухкаскадного усилителя.

Включение в цепь обратной связи моста Вина обусловливает появление в автогенераторе гармонических колебаний, так как мост Вина, обладающий избирательными свойствами, создает условия само­возбуждения только для одной гармонической составляющей. На рис. 1.2 изображены амплитудно-частотная и фазочастотная харак­теристики моста Вина. При условии R_t = R₂ = R и С₁ = С₂ = С ква­зирезонансная частота f₀ = 1/(2πRС). Коэффициент передачи β на этой частоте максимален и равен 1/3, а фазовый угол ψ = 0. В автогенераторе с мостом Вина по сравнению с другими ре­генераторами требуется наименьший коэффициент усиления, равный 3. В двухкаскадном усилителе коэффи­циент усиления обычно значительно боль­ше 3. При таком большом усилении в автогенераторе могут наблюдаться существенные нелинейные искажения. Для умень­шения коэффициента усиления усилителя, а также стабилизации частоты и ампли­туды генерируемых колебаний вводят отрицательную обратную связь, представляющую собой цепь, в кото­рую входят терморезистор R₃ и резистор R_э1. При увеличении амплитуды выходного напряжения автогенератора из-за изменений параметров транзисторов, напряжения питания или дру­гих причин ток через терморезистор R₃ возрастает, а его сопротив­ление уменьшается. В результате возрастает падение напряжения на резисторе R_э1 и коэффициент усиления первого каскада снижается, что приводит к уменьшению амплитуды выходного напряжения авто­генератора.

Регулировка частоты колебаний в данном автогенераторе проста и удобна, причем в очень широком диапазоне частот. Ее осуществляют изменением величин либо сопротивлений обоих резисторов, либо емкостей обоих конденсаторов моста Вина.

Автогенераторы с мостом Вина широко применяют в различной из­мерительной аппаратуре как широкодиапазонные автогенераторы (от нескольких единиц герц до нескольких сотен килогерц) с относитель­но хорошей стабильностью частоты. В этом заключается их основное преимущество по сравнению с другими типами RC-автогенераторов.

Рис1 Схема RC-автогенератора с мостом Вина

Рис1.2 Амлитудно-частотная и фазочастотная характеристики моста Вина