Материал: Радиотехнические цепи и сигналы для дистанционного обучения. Останков А.В

ем eС(t) частоты fС, в результате которых возникают высокочастотные колебания со средней частотой fБ = (f0 + fС)/2 и переменной амплитудой, огибающая которой изменяется с разностной частотой F = | f0 – fС |. Если частоты f0 и fС близки друг к другу, то для составляющей тока средней частоты fБ контур будет обладать большим сопротивлением и малым сдвигом фаз, и в генераторе возбудятся колебания на данной частоте. Продолжающееся воздействие внешней ЭДС создаст новые биения с частотой средней между fБ и fС. Таким образом, новая частота автоколебаний будет еще ближе к частоте внешнего источника.

eC +ЕK

Рис. 52

Данный нестационарный процесс, протекающий непрерывно, может закончиться только при совпадении частоты автоколебаний с частотой внешнего источника; тогда будет иметь место захват частоты автогенератора. Естественно, что чем больше амплитуда внешней ЭДС и чем шире полоса пропускания контура, тем при большей разности F частот будет происходить захват частоты. В схеме на рис. 52 полоса захвата ПЗ прямо пропорциональна отношению амплитуды ЕС внешней ЭДС к амплитуде автоколебаний на базе UБ:

где f0 — частота генерируемых колебаний в автономном режиме, QЭ — эквивалентная добротность контура автогенератора.

Если амплитуда колебаний внешнего источника мала по сравнению с амплитудой автоколебаний и одновременно частота внешнего источника значительно отличается от частоты свободного генератора, то захвата частоты не происходит. При этом действие внешней ЭДС сводится к эффекту модуляции — изменению фазы и амплитуды автоколебаний по сложному закону.

95

8.3. Описание виртуального стенда

Работа выполняется с использованием файла «Self-excited oscillator.ewb», схемное поле которого показано на рис. 53.

Рис. 53

Автогенератор построен на основе резонансного усилителя, который реализован на биполярном транзисторе VT, включенном по схеме с общим эмиттером. Питание транзистора VT производится от источника постоянного напряжения Еk. Смещение на базу транзистора обеспечивается с помощью отдельного источника постоянного напряжения «Ес» так, что напряжение смещения UБ0 оказывается в точности равным ЭДС источника Ес. В эмиттерную цепь включено сопротивление Re, приводящее к уменьшению крутизны транзистора. В коллекторную цепь транзистора включен простой (p = 1) параллельный контур с резонансным сопротивлением Rk. Контур образован емкостью Ck и индуктивностью Lk первичной обмотки трансформатора «Tp». Выходное напряжение снимается с коллектора и через разделительную ёмкость подается на вход канала «В» осциллографа. Контур зашунтирован сопротивлением Rs, величина которого по умолчанию составляет 1 МОм.

Напряжение со вторичной обмотки трансформатора «Tp» в противофазе по отношению к выходному напряжению (за счёт встречного включения обмоток) подается на базу транзистора; тем самым реализуется положительная обратная связь. Величина обратной связи определяется коэффициентом трансформации (Primary-to-secondary turns-ratio), задаваемым в окне параметров трансформатора. Обратная связь может быть отключена принудительным переводом переключателя, управляемого клавишей «О», в нижнее положение. При этом автогенератор превращается в усилитель, на вход которого может быть подано внешнее колебание от источника «Functional Generator» посредством переключателя, управляемого клавишей «G».

96

Предусмотрена возможность наблюдения осциллограммы напряжения на базе транзистора (при переводе переключателя «В» в нижнее положение), которое через разделительную ёмкость подается на вход канала «А» осциллографа.

Исходные данные для выполнения работы представлены в табл. 22 и 23.

97

8.4.Подготовительное (расчётное) задание

8.4.1.Изобразить принципиальную схему исследуемого в работе LC-авто- генератора. Применительно к заданному типу и параметрам транзистора (табл. 22), сопротивлениям в цепи эмиттера RЭ и резонансного контура RK

(табл. 23) рассчитать критическую величину коэффициента обратной связи βКР, превышение которой гарантирует выполнение амплитудного условия самовоз-

98

буждения для двух значений постоянного напряжения смещения на базе транзистора: UБ 0 = 0.6 и 1 В.

При расчёте следует воспользоваться приведёнными на рис. 54 зависимостями дифференциальной крутизны SСТ статической проходной ВАХ транзистора от величины напряжения смещения UБ 0. Обратите внимание на то, что значение крутизны, определяемой по графикам на рис. 54, необходимо умножить на безразмерный коэффициент 100/RЭ, зависящий от величины заданного сопротивления RЭ в цепи эмиттера.

Расчётные значения коэффициента обратной связи βКР для UБ 0 = 0.6 и 1 В занести в табл. 24, в которой предусмотреть графу для экспериментальных значений.

Увеличить в 1.5 раза расчётное значение βКР, определённое для рабочей точки UБ 0 = 1 В, уменьшить согласно (55) значение требуемой для самовозбуждения крутизны SСТ транзистора. Подобрать по рис. 54 такую новую пару значений сопротивления в цепи эмиттера R'Э и напряжения смещения UБ 0 КР (из интервала 0.8…1.1 В), чтобы превышение фактическим смещением величины UБ 0 КР приводило бы к самовозбуждению автогенератора. Вместе с тем при UБ 0 < UБ 0 КР автоколебания не должны возбуждаться. Найденные значения UБ 0 КР и R'Э занести в отчёт.

8.4.2. Используя данные табл. 23 рассчитать и занести в отчёт предполагаемую частоту автоколебаний на выходе автогенератора f0.

Применительно к напряжениям смещения 0.6 и 1 В, заданным сопротивлениям RЭ и RK (табл. 23) рассчитать динамические колебательные характеристики усилителя UK(UБ), на котором реализован автогенератор. Результаты расчёта внести в табл. 25 и изобразить графически.

99