Шамшин В.Г. Основы схемотехники (2008) (1151958), страница 18
Текст из файла (страница 18)
В результате при определенных соотношениях величин элементов на выходе действуют два равных по амплитуде, нопротивоположных по фазе напряжения. При этом результирующее напряжение на выходе фильтра и соответственно коэффициент передачи равны нулю.Из формулы определения коэффициента передачи моста находится соотношениеR1 × R 2C1 + C 2.(9.5)=( R1 + R 2) × R3C3Частота fo, называемая частотой квазирезонанса, находится из условияравенства нулю коэффициента передачи моста121Кп =2n 2 - n= 0,1 + n + 2n 2(9.6)из которого следует n = 0,5, что дает R3=0.5R и С3=2С и соответственноfo =1.2p R1R 2C1C 2(9.7)На практике мост принимается симметричным, для которого R1=R2=Rи С1 = С2 = С , R3 = n·R и С3 = С / n. При этих условияхfo =1.2pRC(9.8)Добротность моста зависит также от принятого коэффициента nQТ =n2(n + 1)(9.9)и составляет порядка 0.25.
Общая добротность усилителя зависит от коэффициента усиления Q = Ко·QT.Вопросы для самопроверки1. Назвать основные виды фильтров.2. Привести основные параметры фильтров.3. Какие используются методы построения фильтров?4. Какими достоинствами обладают активные фильтры?5. Что такое частота квазирезонанса?6. В какой степени активное сопротивление резонансной цепи определяет ее добротность?7. Привести схему активного фильтра, выполненного на основе мостаВина.8. Привести схему активного фильтра, выполненного на основе двойного "Т" –образного моста.12210. Генераторы гармонических колебанийГенератором электрических колебаний называется устройство, способное преобразовать энергию постоянного тока в энергию электрических колебаний заданной частоты и формы.
Гармонические колебания формируются засчет резонансных цепей и элементов или фазосдвигающих цепей.10.1. Условия и режимы самовозбужденияПри рассмотрении усилителей собратной связью было показано, что одним из видов обратных связей являетсяположительная обратная связь (ПОС),при наличии которой коэффициентусиления определяется формулойКF =К × e jj,jj1 - b × e × К × e jjкbк(10.1)Рис.10.1. Структурная схема генератораиз которой следует, что при определенных условиях знаменатель можетбыть равен нулю, а коэффициент усиления схемы будет стремиться к бесконечности. В результате происходит самовозбуждение усилителя - переходего из усилительного режима работы в генераторный (рис.10.2, б).Рис. 10.2. Режимы работы автогенераторовПод действием положительной обратной связи малые флуктуационные(случайные возмущения) колебания тока, возникающие в схеме после включения напряжения питания, усиливаются усилительным каскадом и передаются по цепи обратной связи вновь на вход усилителя.
При достиженииравенства входного напряжения и напряжения обратной связи имеют местоустановившиеся колебания с амплитудой Umax.123Таким образом, для перевода усилителя в генераторный режим необходимо выполнить два условия. Первым условием является наличие положительной обратной связи - условие баланса фазφк + φос= 2p×n.(10.2)Второе условие носит название условие баланса амплитудК×b = 1.(10.3)Условия самовозбуждения: баланс фаз φк + φос= 2p×n, баланс амплитуд - К×b ≥ 1.По мере увеличения амплитуды колебаний коэффициент усиления Куменьшается за счет выхода на нелинейный участок амплитудной характеристики (рис.10.2, а) и при достижении равенства Ко=1/b, при котором выполняются условие баланса амплитуд, наступает установившийся режим.Определение амплитуды установившихся колебаний возможно с помощью колебательной характеристики (рис.10.2, а) для чего на одном графике строится зависимость Uвых=f(Uвх) и линейная характеристика обратнойсвязи 1/β.
Амплитуда колебаний соответствует точкам пересечения зависимостей, где выполняется условие баланса амплитуд. Из графика легко заметить, что неискаженная синусоидальная форма выходного тока достигается при небольших, значениях коэффициента передачи цепи обратной связи,так как в этом случае транзистор работает на линейном участке колебательной характеристики.Колебательной характеристикой называется зависимость первой гармоники токаколлектора от напряжения возбуждения.В зависимости от выбранного положения рабочей точки возможны дварежима самовозбуждения - мягкий или жесткий.
Мягкий режим самовозбуждения имеет место, когда рабочая точка располагается на линейном участке(области большой крутизны), самовозбуждение возникает легко, так как незначительные изменения напряжения во входной цепи вызывают значительные изменения выходного тока (рис.10.2, а). Жесткий режим присутствует,когда рабочая точка лежит в области минимальной крутизны, что приводит кзатруднению самовозбуждения генератора. Возникающие начальные колебания, передающиеся цепью обратной связи во входную цепь, не могут вызватьсамовозбуждение генератора, так как транзистор закрыт.
Поэтому необходимбольшой начальный сигнал для открытия транзистора для нарастания амплитуды колебаний до установившегося режима.124Режимы самовозбуждения – мягкий (режимкласса "А") и жесткий (режим класса "В").Выполнение условия баланса амплитуд необходимо для компенсацииуменьшения сигнала в цепи обратной связи.10.2.
Генераторы с резонансными цепямиСхема автогенератора (рис.10.3) представляет собой усилительныйкаскад с колебательным контуром в выходной цепи, охваченный положительной ОС, по которой колебание с выхода схемы подается на вход усилительного каскада.Флуктуации тока iК, протекающего через контур, вызывают изменениенапряжения на контуре uК в широком диапазоне частот. При этом напряжение uК с частотой, близкой к резонансной частоте контура wо, имеет наибольшую амплитуду, так как его сопротивление на резонансной частоте максимально и имеет активный характер.
Выделенное контуром это напряжениечерез цепь ОС, образованную вторичной обмоткой трансформатора, передается на вход усилительного каскада, создавая напряжение uб = uос. Напряжение обратной связи вызовет увеличение коллекторного тока iК и соответственно напряжения на контуре uК, что приведет к дальнейшему увеличениюнапряжения обратной связи uос = uб и т.
д.Рис.10.3. Принципиальная и эквивалентная схемы автогенератораТаким образом, в схеме автогенератора развиваются колебания с частотой, близкой к резонансной частоте контураfг =1.2p Lк С к125(10.4)На практике основное распространение получили схемы генераторов,построенные по так называемым трехточечным схемам, различаемым способом осуществления связи выходной цепи схемы с цепью обратной связи.
Этисхемы могут быть сведены к обобщенной трехточечной схеме (рис. 11.4). Всхеме Х1, Х2 и Х3 представляют собой реактивные сопротивления элементов схемы, образующих колебательный контур, где цепь обратной связи образована элементами Х2 и Х3. При этом нарезонансной частоте выполняется соотношение Х1+Х2 +Х3 = 0. Анализ последней показывает, что выполнение условий самовозбуждения возможно при выполнении определенных требований:- сопротивления Х1 и Х2 должны иметьразные знаки;Рис.
10.4. Обобщенная трехточка- сопротивление Х1 должно быть по абсолютной величине больше Х2;- сопротивления Х2 и Х3 должны иметь разные знаки.При выполнении первых двух требований обеспечивается баланс фаз, атретьего требования сопротивление третьей ветви, равное X1+X2 и сопротивление правой ветви Х3 приобретают разные знаки и образуют колебательный контур LC, резонансная частота которого и определяет частоту генерируемых колебаний.В схеме индуктивной трехточки (рис.10.5,а), называемой схемой Хартлея, используется автотрансформаторная связь.
Элементы схемы Ск, L1 и L2образуют колебательный контур, а обратная связь между индуктивностямиL1 и L2 осуществляется через взаимоиндуктивность М.Рис. 10.5. Трехточечные схемы генераторов:а – индуктивная, б – емкостная.126Напряжение обратной связи снимается с делителя напряжения, образованного емкостью Ск и индуктивностью L1. Так как знаки мгновенных напряжений на индуктивностях относительно средней точки противоположны,то имеется сдвиг фаз 180о, а поэтому обратная связь положительна.Частота гененерируемых колебаний для данной схемы равнаfo =1.2p ( L1 + L2) × C к(10.5)Схема емкостной трехточки (схема Колпитца) содержит в составе колебательного контура два конденсатора С1 и С2 (рис.10.5,б). Необходимыйсдвиг фаз на 180о осуществляется за счет того, что полярность напряженийна обкладках конденсаторов относительно общей точки противоположна.Частота генерируемых колебаний для схемы может быть рассчитана по формуле (10.4), в которой емкость принимается равной С = С1//С2.В целях достижения стабильности частоты генерируемых колебаний вцепь обратной связи генератора включается пьезоэлектрический резонатор,который представляет собой электромеханическую систему - кварцевую пластину, при подаче переменного напряжения на выводы, прикрепленные кграням, которого возникают механические колебания.
При совпадении частоты электрических колебаний с собственной частотой механических колебаний наблюдается резонанс.Рис. 10.6. Кварцевая стабилизация частотыКварцевый резонатор может быть представлен схемой замещения(рис.10.6,а), в которой механические свойства пластины представляются индуктивностью L, емкостью С и сопротивлением R, представляющее затухание механических колебаний. Емкость Со отображает внешнюю электрическую емкость резонатора. Из схемы замещения следует, что резонатор эквивалентен колебательному контуру, частота резонанса которого зависит отсхемы его включения. При последовательном включении частота можетбыть найдена по формуле (10.4), а при параллельном включении она равна127fo12p LC × 1 + C / Co.(10.6)10.3. RC-генераторыПри построении генераторов низкочастотного диапазона используютсячастотно-зависимые RC-цепи, так как с понижением частоты колебаний увеличиваются индуктивности и емкости колебательных контуров, что уменьшает добротность АЧХ.
По принципу построения RC-генераторы подразделяются на две группы: генераторы с фазосдвигающими цепочками в цепи обратной связи и генераторы с частотно-зависимой положительной обратнойсвязью.10.3.1. Генераторы с фазосдвигающими цепямиРассматриваемые генераторы содержат усилительный каскад, фаза выходного сигнала которого отличается от фазы входного на 180о и цепь обратной связи, обеспечивающий изменение фазы сигнала обратной связи Uостакже на 180о для обеспечения баланса фаз (рис.10.7).Фазосдвигающие RC-цепи, используемые в схемах генераторов, подразделяются на два типа "R и С – параллель". Так как простейшее RС-звеновносит сдвиг фаз не превышающий 90°, то для получения необходимого фазового сдвига 180° количество звеньев в этих цепях должно быть не менеетрех. При этом в отличие от генератора с колебательным контуром генерируемая частота носит название квазирезонансной.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
