Бутенко Д.В., Черкасова Г.С. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов (2014) (1186344), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Какие элементы схемы каскада с общим эмиттером определяют величинувремени фронта выходного импульса усилителя?5. Какие элементы схемы каскада с общим эмиттером определяют величину относительного спада вершины выходного импульса усилителя?6. Пояснить, как рассчитать время фронта и спад вершины выходного импульсаусилительного каскада с общим эмиттером при известных элементах схемы.7. Как влияет отрицательная обратная связь на искажения выходного импульсаусилителя?8. Объяснить принцип действия схемы НЧ-коррекции. Показать, как влияет введение НЧ-коррекции на АЧХ и форму выходного импульса усилителя.9.
Пояснить, как работает схема эмиттерной ВЧ-коррекции. Показать, как влияетВЧ-коррекция на АЧХ и форму выходного импульса усилителя.ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов35ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3ИССЛЕДОВАНИЕ LC-АВТОГЕНЕРАТОРАЦель работы - изучить процессы, происходящие в LC-автогенераторе гармонических колебаний с индуктивной положительной обратной связью; исследовать режимы мягкого и жёсткого возбуждения автогенератора (АГ), их зависимость от выбора положения рабочей точки, от выбора параметров схемы; исследовать влияние способов подачи смещения на работу АГ.Краткие сведения о LC-генераторахГенератором называется устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию электрических колебаний заданной формы и частоты.
Все электронныегенераторы можно разделить на генераторы гармонических колебаний и генераторырелаксационных (импульсных) колебаний. Автогенераторы преобразуют энергию источника питания в незатухающие гармонические колебания или периодическую последовательность импульсов. Ждущие генераторы вырабатывают колебания требуемоговида только при наличии сигнала запуска (управления, возбуждения и т. п.)Автогенераторы выполняются на основе усилителей, охваченных положительной обратной связью (ПОС).
Общая структурная схема автогенератора электрическихколебаний показана на рис. 18.Рис. 18. Общая структурная схема автогенератораВследствие переходных процессов при включении питания в схеме генератора возникают свободные колебания. Часть энергии колебаний на выходе усилителя благодаряцепи ПОС поступает на его вход. Если в результате усиления и прохождения цепи ПОСсигнал с выхода усилителя возвращается на вход в фазе с входным сигналом и с большей амплитудой, то амплитуда колебаний на выходе генератора увеличивается, т. е.ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов36UUпроисходит самовозбуждение генератора.
Учитывая, что K вых , ос и полагаяU вхU выхU ос 1 , получаем общее условие возникновения колебаний в генераторе:U вхK 1jТ. к. K Ke j K , e , то данное условие может быть переписано в виде K 1.2nKПо мере роста амплитуды выходного сигнала активный элемент усилителя входит внелинейный режим, что приводит к уменьшению коэффициента усиления усилителя изамедлению роста амплитуды выходного сигнала.
Когда K уменьшается настолько, чтопроизведение Kβ становится равным 1, рост амплитуды выходного сигнала прекращается и генератор переходит в стационарный режим, условие которого можно записатькак K 1 K 2nЗдесь первое уравнение представляет собой условие баланса амплитуд, второе – условие баланса фаз.Для получения гармонических колебаний необходимо, чтобы условия возникновения колебаний и стационарного режима выполнялись на одной частоте. Для этого всостав автогенератора необходимо включить частотно-избирательное устройство (узкополосный фильтр).
В зависимости от способа реализации этого устройства автогенераторы гармонических колебаний разделяют на LC- и RC-генераторы. В большинствеLC-генераторов в качестве частотно-избирательного устройства используется колебательный контур с достаточно высокой добротностью.На рис. 19 показана схема LC-генератора на полевом транзисторе с индуктивнойобратной связью.
Основой генератора является усилитель на полевом транзисторе с нагрузкой в виде колебательного контура. Частота выходного сигнала LC-генератора определяется резонансной частотой колебательного контура:f 12 LCМодуль коэффициента усиления можно оценить как K = S0(Ri||Rэкв), где S0 – крутизна ВАХ передачи транзистора в точке покоя, Ri – выходное сопротивление полевогоОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова.
Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов37транзистора, Rэкв = L/rC – эквивалентное сопротивление контура (r – сопротивление потерь контура). Обычно Ri>>Rэкв. Необходимая ПОС обеспечивается за счет магнитной(индуктивной) связи между катушкой контура и обмоткой обратной связи и оценивается величиной взаимоиндукции M, поэтому β=M/L.Рис. 19. Схема LC-генератора с индуктивной связью.С учетом вышеизложенного условие возникновения колебаний в данном генераторе может быть записано в видеS0 rCMИз полученного соотношения следует, что изменять условие возбуждения можно либо изменяя S0 (что достигается изменением режима покоя транзистора, напримеризменением напряжения смещения в цепи затвора Ез), либо изменяя глубину ПОС (т. е.меняя M).При переходе генератора в стационарный режим крутизна активного элементагенератора изменяется.
Для записи условия стационарного режима переходят от S0 ксредней крутизне Sср=Im вых1/Um вх. Тогда условие баланса амплитуд может быть записано в видеSср Rэкв β = 1 или Sср=rC/М.Расчет стационарного режима генератора в ряде случаев удобнее осуществлятьграфически с помощью колебательной характеристики - зависимости амплитуды 1-йгармоники выходного тока активного элемента генератора от амплитуды входного синусоидального напряжения.
Для заданного режима покоя активного элемента генератора можно построить колебательную характеристику графоаналитическим методом,описанным в рекомендуемой литературе. Кроме того, при анализе режима работы генератора может быть использована характеристика возбуждения – зависимость амОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов38плитуды 1-й гармоники выходного тока активного элемента генератора от коэффициента передачи цепи ПОС.В зависимости от выбора положения точки покоя на ВАХ передачи активногоэлемента в генераторе могут быть реализованы мягкий или жесткий режимы возникновения колебаний.
С помощью колебательных характеристик и характеристик возбуждения далее рассматриваются особенности работы LC-генератора с индуктивной связью в этих режимах.Для мягкого режима возбуждения колебаний точка покоя активного элементагенератора выбирается на участке его ВАХ передачи с наибольшей крутизной (рис. 20,а).
Тогда колебательная характеристика имеет линейный начальный участок (рис. 20,б). Для определения стационарного режима работы генератора на графике колебательной характеристики проводится характеристика обратной связи, определяющая зависимостьUmвхот Imвых1,обусловленную действием ПОС.
В большинстве LC-генераторов цепь ПОС является линейной, поэтому характеристики обратной связипредставляют собой прямые линии, выходящие из начала координат под углом, определяемым β. В генераторе с индуктивной ПОС Um вх= βRэквIm вых1 = М Rэкв Im вых1/L, т. е.Im вых1 = Um вхL / МRэкв= Um вхrC / M, и прямая линия ПОС выходит из начала координатпод углом α=arctg(rC/M). Из анализа работы генератора следует:1) стационарному режиму работы генератора соответствует точка пересеченияколебательной характеристики и характеристики обратной связи,2) стационарный режим является устойчивым, если в точке пересечения характеристик крутизна колебательной характеристики оказывается меньше крутизны характеристики обратной связи.а)б)в)Рис.20. Мягкий режим возникновения колебаний: выбор точки покоя (а), колебательная характеристика с прямыми ПОС (б), характеристика возбуждения (в)ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова.
Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов39На рис. 20, б показаны прямые линии ПОС для нескольких значений М(M1<M2<M3). При увеличении M уменьшается угол α. Очевидно, что при M = M1 колебания отсутствуют, т. к. колебательная характеристика и прямая ПОС пересекаются вточке О (начало координат), в которой выполняется условие стационарного режима.При M = M2 = Mкр прямая ПОС совпадает с начальным участком колебательной характеристики, а при M > Mкр появляется точка пересечения колебательной характеристикис прямой ПОС, удовлетворяющая условию устойчивого стационарного режима. Приэтом режим, соответствующий точке О, становится неустойчивым, поэтому случайновозникшее в начале работы генератора колебание непрерывно возрастает по амплитуде,пока не наступит стационарный режим.
Например, при M3 > Mкр стационарный режимопределяется по координатам точки A3. На основании приведенных построений можносделать вывод о том, что для возникновения колебаний в генераторе и его перехода вустойчивый стационарный режим необходимо, чтобы начальный участок колебательной характеристики был расположен над характеристикой ПОС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
