Бутенко Д.В., Черкасова Г.С. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов (2014) (1186344), страница 8
Текст из файла (страница 8)
При увеличении Mпроисходит плавное изменение Im вых1 в соответствии с формой колебательной характеристики. Из приведенных построений следует, что при уменьшении M устойчивые колебания в генераторе сохраняются пока M > Mкр, а при M2 = Mкр происходит срыв колебаний. Характеристика возбуждения для мягкого режима, показанная на рис. 20, в,также подтверждает основные особенности генератора, работающего в мягком режиме:- возникновение и срыв колебаний происходят при одной и той же глубинеПОС,- амплитуда колебаний плавно меняется при изменении глубины ПОС.Следует также отметить, что генераторы, работающие в мягком режиме, имеютсравнительно низкие нелинейные искажения и низкий КПД.Для получения жесткого режима возбуждения колебаний точка покоя активного элемента выбирается на участке ВАХ передачи с малой крутизной (рис.
21, а). Вэтом случае колебательная характеристика имеет нелинейный начальный участок (рис.21, б). Рассматривая поведение генератора при увеличении M, можно сделать вывод отом, что колебания не будут возникать, пока M не превысит Mкр1 = M4. Например, приM = M3 колебательная характеристика пересекается прямой линией ПОС в точках О, В3и С3, причем точка О соответствует устойчивому режиму, а точка С3 – неустойчивому.Поэтому, несмотря на то, что точка В3 также соответствует устойчивому режиму, колебания в генераторе возникать не будут. Таким образом, устойчивые колебания в генераторе возникают при выполнении условия M5 > Mкр1 (начальный участок колебатель-ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов40ной характеристики оказывается над прямой ПОС), причем амплитуда колебаний нарастает скачкообразно.
Уменьшая М, можно убедиться в том, что срыва колебаний небудет, пока M не станет меньше Mкр2 = M2, т. е. пока точка пересечения колебательнойхарактеристики и прямой ПОС соответствует стационарному режиму (например, та жеточка В3 при M = M3). Характеристика возбуждения для жесткого режима показана нарис. 21, в), в отличие от характеристики для мягкого режима она имеет вид гистерезиса.Таким образом, возникновение и срыв колебаний при жестком режиме происходятскачкообразно и при различной глубине ПОС.а)б)в)Рис.21. Жесткий режим возникновения колебаний: выбор точки покоя (а), колебательная характеристика с прямыми ПОС (б), характеристика возбуждения (в)В отличие от мягкого режима, при жестком режиме колебания в генераторе возникают не самопроизвольно, а при изменении начальных условий его работы, например при изменении режима покоя активного элемента, при увеличении β, а также прикратковременной подаче во входную цепь сигнала с внешнего генератора.
Например,если при M = M3 (рис. А4, б) колебания изначально отсутствуют, то подавая на входактивного элемента напряжение с внешнего генератора амплитудой более U`m вх, можнодобиться возникновения колебаний, причем при отключении внешнего генератора срыва колебаний не будет. Таким образом может быть реализован ждущий генератор.При жестком режиме активный элемент генератора работает с глубокой отсечкой. Поэтому генераторы, работающие в жестком режиме, имеют высокий КПД, но приэтом отличаются сравнительно высоким уровнем нелинейных искажений.Объединить достоинства мягкого и жесткого режимов (легкость возбужденияколебаний и высокий КПД в стационарном режиме) можно в генераторах с автоматическим смещением.
Такие генераторы могут быть созданы на основе активных элементов, имеющих во входной цепи выпрямляющий электрический переход (биполярныетранзисторы, полевые транзисторы с управляющим переходом). Пример LC-генератораОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов41с автосмещением на полевом транзисторе показан на рис. 22, а. В отличие от генераторов с фиксированным смещением, в цепь затвора включена RC-цепь автосмещения, которая вместе с управляющим переходом транзистора образует выпрямительную схему(рис.
22, б). Возникновение колебаний в генераторе с автоматическим смещением показано на рис. 23.Рис. 22. Схема LC-автогенератора с автоматическим смещением (а); эквивалентнаясхема цепи автоматического смещения (б)Рис.23. Возникновение колебаний в генераторе с автоматическим смещениемВ начальный момент Uзи0=0, т.
е. изначально точка покоя находится на участкеВАХ передачи транзистора с максимальной крутизной (точка А). Это соответствуетмягкому режиму, поэтому в генераторе сразу возникают колебания. По мере роста ам-ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов42плитуды колебаний растет амплитуда переменного напряжения во входной цепи, а засчет его выпрямления происходит постепенный рост напряжения на конденсаторе С з.На затворе транзистора появляется возрастающее (по модулю) отрицательное напряжение смещения, и точка покоя транзистора постепенно смещается по ВАХ передачи нанелинейный участок с малой крутизной и далее в область отсечки (точка B на рис. 23).Таким образом, по окончании процесса установления колебаний транзистор работает сотсечкой тока стока, что соответствует жесткому режиму.
Колебательные характеристики и характеристики возбуждения генераторов с автосмещением по форме близки кхарактеристикам для мягкого режима.Описание лабораторной установкиПринципиальная схема лабораторного макета приведена на рис. 24. Лабораторный макет содержит ламповый и транзисторный варианты LC-автогенераторов сколебательным контуром в анодной (коллекторной) цепи.
Анодное (коллекторное) напряжение и напряжение смещения на управляющую сетку подаётся с блока питания.Коэффициент взаимной индукции М изменяется путём изменения расстояния междукатушками. Ручка регулировкисвязи находится на правой боковой панели макета.График зависимости М от расстояния l приводится на рис. 25.Рис. 24. Схема лабораторного макета «LC-автогенератор»Ламповый вариант генератора с подачей смещения от внешнего источника получается при включении перемычек между гнёздами 20-21, 13-14, 10-11, 17-8, 3-4.ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова.
Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов43Ламповый вариант генератора с автоматическим смещением в цепи сетки получаетсяпри замыкании перемычек между гнёздами 11-12, 17-8, 4-5, 20-21, 13-14.Для снятия колебательной характеристики нужно уменьшить связь до минимума (катушки разведены на максимальное расстояние), на вход УВЧ (гнёзда 1-2) подать сигнал с генератора ВЧ и замкнуть гнёзда 6-7.Транзисторный вариант генератора может быть получен включением перемычек21-22, 14-15, 16-17. Для предохранения транзистора от перенапряжения следует разомкнуть перемычку 20-21. Выходное напряжение измеряется на контуре автогенератора (гнёзда 18-12).Рис.
25. Зависимость коэффициента взаимоиндукции M от расстояния между катушками lЗадание и порядок выполнения работы1. Начертить принципиальную схему исследуемого автогенератора с принудительным смещением на сетке. Собрать схему в соответствии с описанием лабораторной работы. Убедиться в наличии колебаний.Для выполнения этого пункта необходимо при М=0 (катушки разведены намаксимальное расстояние) установить статический режим работы усилительного элемента (Еа=120 В, Uсо=-10 В).
Для визуального наблюдения возникновения колебаний кконтуру автогенератора (клеммы 18-12) подключить осциллограф. Увеличивая связь,т.е. уменьшая расстояние между катушками, добиться возникновения колебаний в автогенераторе.ОглавлениеД.В.Бутенко, Г.С.Черкасова. Исследование усилителей, генераторов и преобразователей сигналов442. Подобрать значение анодного напряжения Еа и напряжения смещения Uсо,обеспечивающие жёсткий и мягкий режим возбуждения АГ.Для этого надо уменьшить напряжение анодного питания до нуля. Напряжениесмещения взять максимально возможным (ручка регулировки смещения ставится вкрайнее правое положение).
Связь между катушками сделать максимальной (расстояние между катушками минимальное). Медленно увеличивать анодное напряжениедо возникновения колебаний в автогенераторе. Затем уменьшать связь (разводить катушки) до величины Мкр', при которой колебания срываются. Вновь увеличить связьдо величины Мкр'', обеспечивающей появление колебаний. Если Мкр'' > Мкр', то режимвозбуждения АГ жёсткий. При Мкр'' = Мкр' режим мягкий. Для получения мягкого режима достаточно уменьшить напряжение смещения до -10 В.3. Снять зависимость выходного напряжения от коэффициента взаимной индукции Uа = f(М) для мягкого и жёсткого режимов автогенератора.Напряжение Еа и Uсо выставлять для мягкого и жёсткого режимов по результатам предыдущего опыта.
Выходное напряжение измерять осциллографом, подключённым к контуру автогенератора (гнёзда 18-12). Начинать следует с М=0 (расстояниемежду катушками максимально). Затем снять ту же характеристику, меняя М в противоположном направлении т.е. изменяя расстояние между катушками от 0 до максимального значения. Зависимость М = f(l) см. на рис. 25.4. Рассчитать резонансную частоту контура по формулеfр 12 LC5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
