Краткие теоретические сведения

Исследование LC генератора

Лабораторная работа №11

Сделать краткие выводы по работе

Контрольные вопросы

4.1 Как выполняют условия баланса фаз и амплитуд в исследуемом генераторе?

4.2 В чем состоит стабилизирующее действие резистора R₈?

4.3 Как и почему измениться форма выходного сигнала при отключении конденсатора С_2.

Цель работы: Изучение принципа действия автогенератора с индуктивной ОС, экспериментальное определение условий для получения незатухающих колебаний.

LC – генератор предназначен для преобразования энергии источника постоянного тока в энергию незатухающих электрических колебаний синусоидальной формы, частота которых определяется индуктивностью катушки и емкостью конденсатора колебательной системы.

Рисунок 1
При включении источника коллекторного питания Ек в контуре L2C2 возникают электрические колебания, частота которых:

(1)

Так как в контуре обязательно имеется активное сопротивление, то из-за потерь на нем энергии колебательный процесс вскоре прекратится. Незатухающим колебательный процесс будет лишь в том случае, если потери энергии будет восполняться от внешнего источника питания. Один из возможных способов восполнения потерь энергии исследуется в данной работе. На закрытый транзистор VT1 воздействуют импульсы отрицательной полярности малой длительности, которые открывают его. При этом в коллекторной цепи появляются короткие мощные импульсы тока, заряжающие конденсатор С2, и в контуре возникает колебательный процесс, частично или полностью затухающий к моменту прихода очередного импульса, восполняющего потери.

При уменьшении длительности импульсов возбуждения амплитуда колебаний увеличивается, так как конденсатор заряжается только в течении одного полупериода переменного напряжения. Если же импульс тока имеет длительность, большую одного полупериода, конденсатор, зарядившись во время первого полупериода, разряжается в течении следующего. Следовательно, для эффективного возбуждения колебаний в контуре необходимо, чтобы длительность импульса была меньше длительности полупериода свободных колебаний.

При увеличении частоты импульсов возбуждения затухание колебательного процесса уменьшается, а при равенстве частот свободных колебаний и импульсов возбуждение не наблюдается вообще.

Затухание колебаний в контуре тем быстрее, чем больше потери в нем.

На основании этого можно сформулировать правила, в соответствии с которыми выполняют автогенератор. Во-первых, для восполнения потерь энергии незатухающих электрических колебаний необходимо хотя бы один раз за период сообщать колебательной системе определенную энергию. Причем для поддержания постоянной амплитуды колебаний энергия, поступающая в контур извне, должна быть равна энергии потерь. Во-вторых, фаза восполняющего потери тока (или напряжения) должна быть такой, чтобы энергия колебательной системы увеличивалась.

Первое правило позволяет сформулировать условие баланса амплитуд: получение незатухающих колебаний возможно лишь в том случае, когда приток энергии в колебательную систему извне равен ее потерям.

В автогенераторах условие баланса амплитуд выполняют следующим образом: часть энергии колебаний их выходной цепи транзистора передается в его входную цепь для управления током выходной цепи, энергию которого используют для восполнения потерь.

В исследуемой схеме энергия из коллекторной цепи транзистора VT1 передается в базовую цепь в виде ЭДС взаимоиндукции, наводимой в катушке L1, индуктивно связанной с катушкой L2.

ЭДС взаимоиндукции управляет базовым током транзистора VT1, что приводит к появлению в коллекторном токе переменной составляющей с частотой колебания контура.

Второе правило позволяет сформулировать условие баланса фаз: обратная связь, охватывающая автогенератор, должна быть положительной. Действительно, фаза переменной составляющей коллекторного тока транзистора VT1 должна быть такой, чтобы конденсатор С₂ контура заряжался импульсами коллекторного тока. Конденсатор С₂ заряжается, если ток из внешней цепи поступает на его положительно заряженный электрод, и разряжается при токе противоположного направления.

Так, для полупериода колебаний, в течении которого переменная составляющая тока I_к~ коллектора совпадает по направлению с его постоянной составляющей I_к= (оба тока проходят по цепи: резистор R₃ или конденсатор С₄ → эмиттер-коллектор транзистора VT1 → контур → -Е_К), нижний электрод конденсатора С₂ должен быть заряжен положительно, что соответствует положительному полупериоду переменной составляющей напряжения на коллекторе транзистора VT1и отрицательному полупериоду напряжения на его базе, так как транзистор в схеме с ОЭ инвертирует фазу входного сигнала.

Таким образом, для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы фаза сигнала, поступившего по цепи обратной связи на вход усилительного элемента для его управления, была противоположна фазе сигнала на колебательном контуре и коллекторе транзистора, т.е. обратная связь должна быть положительной.

Условие баланса амплитуд выражается формулой: Кβ= 1, где β – коэффициент передачи цепи обратной связи, К – коэффициент усиления каскада на транзисторе VT1 при отключенной катушке L₁

Условие баланса фаз выражается формулой φ_ос + φ_ус=360⁰, где φ_ос + φ_ус – фазовые сдвиги, вносимые цепью обратной связи и усилителем.

Дата добавления: 2017-02-01