Высокочастотный генератор, управляемый напряжением

RC-генератор

LC-генератор

ПРОЕКТИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ

На выходе нелинейных аналоговых устройств, в отличие от линейных устройств, возникают новые спектральные составляющие. К нелинейным аналоговым устройствам обработки звуковых сигналов можно отнести:

· генераторы сигналов различной формы,

· компрессоры и экспандеры,

· перемножители аналоговых сигналов,

· модуляторы и демодуляторы,

· коммутаторы.

В LC генераторах частота генерируемых колебаний задаётся колебательным контуром, подключённым к усилителю по «трёхточечной» схеме. Для получения 3-й точки применяют трансформатор (схема Майснера), автотрансформатор (схема Хартли) или ёмкостной делитель напряжения (схема Колпитца). Генерация может возникнуть только при выполнении двух условий:

· баланс фаз – фазовый сдвиг в замкнутой цепи усилитель – колебательный контур равен 0 или 2 π;

· баланс амплитуд – усиление сигнала в замкнутой цепи усилитель – колебательный контур равно единице.

Задание

1). Соберите модель LC генератора с ёмкостным делителем напряжения (схема Колпитца) (Рис. 3.1). Номиналы L1, C1, C2 введите в соответствии с вариантом задания (Табл. 3.1).

Таблица 3.1

Вариант задания	L1	C1	C2
	1.0 U	20.0 N	10.0 N
	1.0 U	40.0 N	20.0 N
	0.5 U	20.0 N	10.0 N
	0.5 U	40.0 N	20.0 N
	0.3 U	20.0 N	10.0 N
	0.3 U	40.0 N	20.0 N

2). Рассчитайте резонансную частоту колебательного LC-контура:

, . (3.1)

3). В режиме анализа Transient:

· Постройте временную характеристику сигнала U _вых =f(t).

· Измерьте длительность переходного процесса.

· В установившемся режиме измерьте амплитуду сигнала U_max , длительность периода Т и частоту колебаний F. Сравните с расчётным значением частоты, полученным в пункте 2).

· Измерьте постоянные напряжения в узлах схемы.

4). Измените величину индуктивности L1 на -20% и измерьте Т и F. Повторите эти измерения при изменении L1 на -10%, на +10% L1, на +20%. Постройте регулировочную характеристику - зависимость периода Т и частоты F от величины индуктивности L1.

5). Изменяя величину индуктивности L1, настройте генератор на частоту 1,0 МГц.

6). В режиме анализа Transient \ DSP Parameters \ Limits для сигнала U _вых в установившемся режиме:

· Установите число точек (Number of Points) =8;

· Постройте спектральную характеристику;

· Измерьте коэффициент гармоник по второй … седьмой гармоникам и общий К_г;

· Результаты анализа по данному пункту представьте в виде спектральных графиков и в табличном виде.

7). Повторите измерения по пункту 6) в переходный период (при амплитуде сигнала, равной 0,7 U _max).

8). Задайте для L1, C1, C2 линейные температурные коэффициенты TC1=0,0001. Измерьте частоту сигнала U _вых при температурах -40⁰, -20⁰, 0⁰, +20⁰, +40⁰, +60⁰. Постройте графики зависимости периода и частоты сигнала U _вых от температуры.

9). Задайте для L1 TC1=0,0001 и для C1, C2 TC1= -0,0001 и повторите пункт 7).

10). По всем проведенным исследованиям сделайте выводы.

11). Оформите документы «Схема электрическая принципиальная» (Э3) и «Перечень элементов» (ПЭ3).

12). Разработайте печатную плату [5].

RC-генераторы строятся по схеме усилителя с положительной обратной связью (ОС). В цепи ОС включены фазосдвигающие RC-звенья. Условие возникновения генерации – баланс фаз (фазовый сдвиг в замкнутой цепи «усилительный каскад – цепь ОС» должен быть равен или кратен 2 p) и баланс амплитуд (затухание сигнала в цепи ОС должно компенсироваться усилением сигнала в усилительном каскаде).

Задание

1). Соберите модель схемы RC генератора с 3-звенным фильтром верхних частот (ФВЧ) в цепи ОС (Рис. 3.2). Номиналы резисторов и конденсаторов введите в соответствии с вариантом задания (Табл. 3.2).

Таблица 3.2

Вариант задания	R1	R2	C1	C2	C3
	5.1 K	5.1 K	24.0 N	24.0 N	24.0 N
	5.1 K	5.1 K	15.0 N	15.0 N	15.0 N
	5.1 K	5.1 K	20.0 N	20.0 N	20.0 N
	6.8 K	6.8 K	24.0 N	24.0 N	24.0 N
	6.8 K	6.8 K	15.0 N	15.0 N	15.0 N
	6.8 K	6.8 K	20.0 N	20.0 N	20.0 N

2). В режиме AC постройте АЧХ и ФЧХ фазосдвигающего звена C1- R1. Определите частоту, на которой фазовый сдвиг равен 60⁰ (p /6), и затухание звена на этой частоте. (Три таких звена дадут фазовый сдвиг p /2, и если усилительный каскад также даст фазовый сдвиг p /2, то будет выполнено условие баланса фаз - фазовый сдвиг в замкнутой цепи «усилительный каскад – цепь ОС» равен 2 p).

3). В режиме анализа Transient:

· Постройте временную характеристику сигнала U _вых =f(t).

· Измерьте длительность переходного процесса.

· В установившемся режиме измерьте амплитуду сигнала U_max, длительность периода U _вых и частоту колебаний. Сравните частоту U_вых со значением частоты, полученным в пункте 2).

· Измерьте постоянные напряжения в узлах схемы.

4). Установите величину ёмкости С каждого из трёх конденсаторов С1, С2, С3 С=10.0 N и измерьте частоту U_вых. Повторите эти измерения для С=15.0 N, С=20.0 N, С=25.0 N и постройте регулировочную характеристику - зависимость периода Т и частоты F от величины ёмкостей С.

5). Определите по регулировочной характеристике, при каком значении ёмкостей С частота F=1 кГц. Введите это значение ёмкостей С1, С2, С3 (ближайшее значение из ряда Е96) в модель схемы (Рис. 3.2).

6). Войдите в режим Transient и измерьте частоту сигнала U_вых.

7). В режиме анализа Transient \ DSP Parameters \ Limits для сигнала U _вых в установившемся режиме:

· Установите число точек (Number of Points) =8;

· Постройте спектральную характеристику;

· Измерьте коэффициент гармоник по второй … седьмой гармоникам и общий К_г.

8). Повторите измерения по пункту 7) в переходный период (при амплитуде сигнала, равной 0,7 U_max).

9). Задайте для R1 - R3 и для C1- C3 линейные температурные коэффициенты TC1=0.0001. Измерьте частоту сигнала U _вых при температурах -40⁰, -20⁰, 0⁰, +20⁰, +40⁰, +60⁰. Постройте графики зависимости периода Т и частоты F сигнала U_вых от температуры.

10). Задайте для R1 - R3 TC1=0,0001 и для C1- C3 TC1= - 0,0001 и повторите п.9).

11). По проведенным исследованиям сделайте выводы.

12). Оформите документы «Схема электрическая принципиальная» (Э3) и «Перечень элементов» (ПЭ3).

13). Разработайте печатную плату [5].

Высокочастотные генераторы, управляемые напряжением (ГУН-ВЧ) строятся по схеме LC-генератора. В качестве ёмкости в колебательный LC-контур включены варикапы – конденсаторы, управляемые напряжением.

Задание

1). Соберите модель схемы ГУН-ВЧ (Рис. 3.3). Номиналы индуктивностей введите в соответствии с номером задания (Табл. 3.3).

Таблица 3.3

Вариант задания	L1	L2
	3.0 U	3.0 U
	3.5 U	3.5 U
	4.0 U	4.0 U
	4.5 U	4.5 U
	5.0 U	5.0 U
	5.5 U	5.5 U

Управляющее напряжение U_упр моделируется генератором импульсных сигналов V2.

Введите в схему (Рис. 3.3). импульсный источник напряжения V2 - MODEL PULSE PUL (VZERO=0.5 VONE=1.0 P1=1U P2=2U P3=11U P4=12U P5=22U).

2). В режиме анализа Transient:

· Измерьте у выходного сигнала U_вых длительность периода Т и частоту колебаний F при установленных значениях U_упр (0.5 и 1.0).

· Измерьте постоянные напряжения в узлах схемы.

3). Установите U_упр =1.2 (VONE =1.2) и измерьте Т и f. Повторите измерения при U_упр =1.4, U_упр =1.4, U_упр =1.6, U_упр =1.8, U_упр =2.0. Постройте регулировочную характеристику - зависимость периода Т и частоты F от U_упр.

4). В режиме анализа Transient \ DSP Parameters \ Limits для сигнала U _вых при U_упр =1.0:

· Установите число точек (Number of Points) =6;

· Постройте спектральную характеристику;

· Измерьте коэффициент гармоник по второй … пятой гармоникам и общий К_г;

5). Задайте для L1, L2 линейный температурный коэффициент TC1=0,0001. Измерьте частоту сигнала U_вых при температурах -40⁰, -20⁰, 0⁰, +20⁰, +40⁰, +60⁰. Постройте графики зависимости периода Т и частоты F сигнала U _вых от температуры.

6). По проведенным исследованиям сделайте выводы.

7). Оформите документы «Схема электрическая принципиальная» (Э3) и «Перечень элементов» (ПЭ3).

8). Разработайте печатную плату [5].

Дата добавления: 2017-02-01