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

Таблица 30

Изобразить колебательную характеристику в отчёте. Сопоставить с расчётной. Сделать выводы. По форме начального участка характеристики убедиться в том, что она соответствует жёсткому режиму возбуждения.

На графике колебательной характеристики построить семейство прямых обратной связи, соответствующих различным значениям коэффициента обратной связи. Располагая точками пересечения колебательной характеристики и прямых обратной связи, построить графически зависимость амплитуды генерируемых колебаний UК УСТ от величины обратной связи.

Включить обратную связь, отключить внешний генератор колебаний. Снять экспериментальную зависимость амплитуды автоколебаний UК УСТ в установившемся режиме от величины обратной связи β (не менее 15-ти точек). При β < βВОЗ использовать принудительный запуск автогенератора. Внести результаты в табл. 31, построить график. Сопоставить результаты с полученными ранее. Сделать выводы. Экспериментальные значения βВОЗ и βСР отразить в табл. 26.

Таблица 31

По экспериментальным результатам оценить влияние напряжения смещения на характер колебательной характеристики автогенератора и режима возбуждения колебаний.

8.5.3. Исследование процесса установления автоколебаний

Подготовить установку к исследованиям.

Проверить положение переключателей и при необходимости перевести их в указанное положение: «О» — должен быть в верхнем положении (обратная связь включена); «G» — в левом положении (внешний источник отключен).

Установить постоянное напряжение смещения 1 В, что соответствует мягкому режиму возбуждения автоколебаний.

Установить коэффициент обратной связи в 1.5 раза больше расчётной критической величины βКР (табл. 24), необходимой для появления автоколебаний.

Запустить моделирование. Наблюдать, используя осциллограф, процесс появления и нарастания автоколебаний. Дождаться установления автоколеба-

105

ний. Остановить моделирование. Зарисовать осциллограмму. Сравнить осциллограмму с расчётной, приведённой в четвертом пункте подготовительного задания. Сделать выводы.

Исследовать зависимость времени установления автоколебаний от величины обратной связи.

По ранее полученной осциллограмме оценить время установления автоколебаний, соответствующее интервалу времени, по истечении которого амплитуда генерируемых колебаний достигает уровня 0.9 от установившегося значения. Записать найденное время под графиком осциллограммы.

Устанавливая значения коэффициента обратной связи из первой строки табл. 27, измерять экспериментальное время установления автоколебаний. Результаты внести в табл. 32 и отразить графически. Сравнить экспериментальную зависимость tУСТ(β) с расчётной. Сделать выводы.

Зарисовать диаграммы процесса установления автоколебаний для двух случаев: малой и большой степени связи. Сделать соответствующие выводы.

Таблица 32

Исследовать влияние шунта на время установления автоколебаний.

Вновь установить исходный коэффициент обратной связи: β = 1.5 βКР. Оценить влияние шунтирующего сопротивления на время установления и

амплитуду автоколебаний. Для этого, последовательно уменьшая сопротивление RS, проводить измерение времени установления tУСТ и амплитуды автоколебаний после их установления UК УСТ. Результаты занести в табл. 33, две наиболее отличные осциллограммы процесса установления колебаний зарисовать. Дать толкование наблюдаемым осциллограммам.

Таблица 33

106

8.5.4. Исследование влияния внешнего гармонического воздействия на автогенератор

Подготовить установку к исследованиям.

Установить исходное сопротивление шунта (1 МОм).

Проверить установленное напряжение смещения и величину обратной связи: смещение должно соответствовать мягкому режиму возбуждения колебаний UБ 0 = 1 В; коэффициент обратной связи — β = 1.5βКР. Обратная связь должна быть включена (переключатель «О» — в верхнем положении).

Перевести переключатель «G» в правое положение, подключив к базе транзистора внешний источник колебаний. Установить частоту гармонических колебаний fС источника равной частоте автоколебаний f0 свободного автогенератора, амплитуду EС внешнего воздействия уменьшить до нуля.

Подключить канал «А» осциллографа к базе транзистора (переключатель «В» — в нижнее положение). Произвести моделирование. Измерить с помощью осциллографа амплитуду автоколебаний UБ на входе автогенератора (базе транзистора) в установившемся режиме и внести его в отчёт. Переключатель «В» перевести в верхнее положение. Установить амплитуду колебаний EС внешнего источника равной измеренной величине амплитуды UБ автоколебаний на входе автогенератора, так чтобы отношение EС/UБ достигло единичного значения.

Измерить полосу захвата частоты автогенератора.

Изменяя частоту внешнего генератора, как в бо́льшую, так и в меньшую сторону с шагом не более 0,5 кГц, по осциллограмме выходного напряжения автогенератора отслеживать и фиксировать частоту автоколебаний f0. Поскольку погрешность измерения частоты колебаний по осциллографу (особенно при незначительном отклонении частоты от исходного значения) достаточно велика, предлагается следующая методика измерения частоты автоколебаний.

Произвести моделирование и остановить его, убедившись в установлении амплитуды колебаний на выходе автогенератора. Нажав кнопку «Save» на панели осциллографа, сохранить результаты моделирования в текстовый файл «Self.scp» (с расширением «scp») в то место на жёстком диске, где записан схемный файл. Открыть файл «Self.scp» в простейшем текстовом редакторе (Блокнот, WordPad и т.п.) и удалить первые 17 строк текстового комментария, затем сохранить файл с расширением «prn». Такая обработка файла может быть выполнена автоматизированным образом, если активировать программу «Selfexcited oscillator.exe». Далее следует загрузить программу обработки результатов моделирования «Self-excited oscillator.mcd», выявляющую закон изменения текущей частоты колебаний. Программа работает в пакете MathCAD и использует данные, считываемые из файла «Self.prn» (см. прил. 4).

107

Определить часто́ты внешнего синхронизирующего воздействия, соответствующие границам полосы захвата ПЗ — интервала частот, в пределах которого автогенератор работает точно на частоте внешнего воздействия («чужой» частоте) без каких-либо признаков модуляции. Вне полосы захвата наблюдается режим биений, что заметно как по осциллограмме выходного напряжения, так и по характеру изменения текущей частоты колебаний на выходе автогенератора.

Полученное значение полосы захвата внести в отчёт, сопроводив графическими зависимостями (из «Self-excited oscillator.mcd») текущей частоты автоколебаний на границах полосы захвата. Сравнить с расчётным результатом. Сделать вывод.

Исследовать зависимость полосы захвата от амплитуды синхронизирующих колебаний и сопротивления шунта.

Уменьшить в два раза амплитуду EС внешнего синхронизирующего воздействия. Определить полосу захвата ПЗ частоты автогенератора, используя изложенную в предыдущем пункте методику. Сравнить с исходным значением ПЗ. Сделать вывод о зависимости полосы захвата от отношения EС/UБ.

Установить исходное значение EС, при котором обеспечивалось равенство EС/UБ = 1 В. Уменьшить сопротивление шунта (RS), установив его равным резонансному сопротивлению контура RK. Вновь экспериментально определить полосу захвата. Сравнить её значение с исходным. Сделать вывод о влиянии сопротивления шунта (и соответственно эквивалентной добротности) на полосу захвата частоты автогенератора.

Контрольные вопросы к защите работы

1.Изобразите принципиальную схему LC-автогенератора с трансформаторной обратной связью. Изложите физический принцип работы такого автогенератора.

2.Имеется экспериментальный макет автогенератора с трансформаторной обратной связью. Автогенератор не возбуждается, несмотря на то, что он собран из заведомо исправных деталей. С чего следует начать наладку устройства?

3.Чем определяется форма генерируемых колебаний? В чём проявляется нелинейность характеристик транзистора автогенератора?

4.Сформулируйте фазовое условие возбуждение колебаний в автогенераторе и объясните его физический смысл.

5.Сформулируйте амплитудное условие возбуждения колебаний и объясните его физический смысл. Как влияют напряжение смещения на базе транзистора, сопротивление, шунтирующее резонансный контур, и коэффициент включения контура на возможность выполнения этого условия?

6.Как рассчитать напряжение смещения на базе транзистора, при котором LC-автогенератор с трансформаторной обратной связью возбуждается?

108

7.Дайте определение колебательной характеристики автогенератора. От чего зависит её форма? Поясните методику экспериментального определения этой характеристики.

8.Изобразите колебательные характеристики автогенератора, соответствующие различным значениям: напряжения смещения на базе транзистора, сопротивления, шунтирующего резонансный контур, коэффициента включения контура, напряжения питания автогенератора.

9.Какой режим возбуждения автоколебаний принято называть мягким? жёстким? В чем заключается принципиальное отличие мягкого и жёсткого режимов? Как их реализовать?

10.Объясните, почему возбуждение автоколебаний в автогенераторе при

реализации жёсткого режима происходит при бо́льшем коэффициенте связи, нежели срыв автоколебаний?

11.Нарисуйте временны́е диаграммы выходного тока и напряжения в автогенераторе от начала его работы до установления автоколебаний. Чем определяется амплитуда генерируемых автогенератором колебаний? В каких пределах

ичем её можно регулировать?

12.Нарисуйте зависимость амплитуды генерируемых колебаний от величины: напряжения смещения на базе транзистора, сопротивления, шунтирующего резонансный контур, напряжения питания автогенератора.

13.Чем определяется время установления tУСТ амплитуды автоколебаний? Получите формулы, определяющие зависимость tУСТ от величины: взаимной индуктивности катушек связи и контура, добротности резонансного контура, напряжения смещения на базе транзистора, сопротивления, шунтирующего резонансный контур, коэффициента включения контура.

14.Поясните явление захвата частоты при действии внешнего источника на автогенератор. Колебание каких частот наблюдаются на коллекторе транзистора в режиме захвата автогенератора внешним источником и в случае, если частота источника выходит за пределы полосы захвата?

15.Чем определяется полоса захвата частоты автогенератора? Изобразите зависимость полосы захвата от амплитуды ЭДС внешнего источника, добротности резонансного контура, напряжения смещения на базе транзистора.

16.Нарисуйте зависимости: частоты автоколебаний на выходе автогенератора от частоты внешнего источника, частоты биений от частоты внешнего источника.

109