Исследование lc-автогенератора
Автогенератором называется первичный источник колебаний, работающих в режиме самовозбуждения. Любой автогенератор представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию высокочастотных колебаний.
Автогенератор, находящийся в стационарном режиме, представляет собой обычный нелинейный усилитель, для возбуждения которого используются колебания, вырабатываемые в самом генераторе. Частота и амплитуда этих колебаний определяются параметрами радиоэлементов автогенератора.
Принципиальная схема LC- автогенератора, исследуемого в работе, приведена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Принципиальная схема LC-автогенератора
Он представляет собой транзисторный автогенератор с контуром в цепи стока и с трансформаторной обратной связью между цепью стока и цепью затвора, Трансформатор образован индуктивностями L и LЗ, охваченными магнитной связью величиной M. Обобщённая эквивалентная схема для переменных составляющих токов показана на рисунке 2.
Рисунок 2 – Эквивалентная схема автогенератора
Пусть нагрузкой нелинейного усилителя служит высокодобротный контур. В этом случае колебания на входе и выходе нелинейного усилителя имеют вид гармонических функций:
Комплексный коэффициент передачи по напряжению нелинейного избирательного усилителя по первой гармонике представляется в виде:
(1)
Комплексный коэффициент передачи четырёхполюсника обратной связи определяется соотношением:
(2)
В автогенераторе в стационарном режиме генерации колебаний выполняется условие
(3)
из которого следуют два условия:
условие баланса амплитуд
(4)
условие баланса фаз
(5)
где n = 0,1,2,3…
Условие (5) позволяет найти частоту генерируемых колебаний, а условие (4) – их амплитуду, которую можно определить, например, графически по колебательной характеристике нелинейного резонансного усилителя.
Модуль коэффициента усиления нелинейного усилителя в стационарном режиме генерации определяется как отношение амплитуды гармонического напряжения на стоке к амплитуде гармонического напряжения на затворе:
(6)
где S1 = I1c/Um – средняя крутизна транзистора по первой гармонике;
Zкн – модуль сопротивления нагруженного контура;
p1 – коэффициент включения транзистора в контур;
Qн – эквивалентная (нагруженная) добротность контура;
r – характеристическое сопротивление контура;
x – обобщенная расстройка контура на частоте генерации.
Если на частоте генерации можно не учитывать инерционности в модели транзистора (ёмкости p-n–переходов принять нулевыми), т.е. считать его безинерционным нелинейным элементом, то баланс фаз выполняется на частоте резонанса контура и x = 0. В этом случае модуль сопротивления контура равен его резонансному сопротивлению
(7)
Пересечение зависимости средней крутизны от амплитуды входного напряжения нелинейного усилителя с прямой, параллельной оси абсцисс, определяемое равенством соответствует стационарной амплитуде гармонических колебаний на затворе в режиме генерации.
, (8)
Зависимость средней крутизны по первой гармонике может быть получена на основании данных, полученных расчетным и экспериментальным путем в работе № 8 «Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты».
Воздействие внешней гармонической ЭДС на автогенератор приводит к принудительной синхронизации захватыванию) частоты автогенератора в некоторой полосе частот. Ширина полосы захватывания Dw пропорциональна отношению амплитуды внешней ЭДС Uс к амплитуде автоколебаний Um, имеющей место в цепи, куда подводится синхронизирующая ЭДС
, (9)
де 
– эквивалентная добротность контура генератора;
w0– частота колебаний генератора.
При изменении частоты синхронизирующего колебания изменяется фазовый сдвиг между синхронизирующим колебанием и колебанием автогенератора. Разность фаз определяется соотношением
Dj = arcsin[(Um/Uc)·(2(wс – w0)Q / w0) ] (10)
где wс – частота синхронизирующего сигнала.
Полоса синхронизации определяется из соотношения (10) на основании условия
sinDj = 1.
Принципиальная схема LC-автогенератора при внешнем воздействии Eсин в цепи смещения затвора изображена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Принципиальная схема автогенератора,
находящегося под внешним воздействием Eсин
Для этой схемы напряжение Um равно напряжению на затворе транзистора.
1. Характеристика лабораторной установки:
Основой компьютерной модели лабораторной установки является функциональный модуль «Нелинейные цепи». В этом модуле находится автогенератор с трансформаторной обратной связью на полевом транзисторе КП303 с контуром в цепи стока. Используются те же элементы стенда, что и в лабораторной работе № 2, а также катушка связи Lз Регулировка коэффициента связи на стенде производится ручкой «М», при этом на шкале «l, см» контролируется расстояние между катушками L и Lз. Напряжение смещения на затворе устанавливается от отдельного источника постоянного тока Eсм. Частота генерации может изменяться конденсатором переменной емкости C.
Блок-схема модели лабораторной установки изображена на рисунке 4. Основные блоки – модель транзистора Transistor и модель контура с неполным включением Kontur – включены последовательно и охвачены обратной связью через аттенюатор Koc. На вход блока транзистора кроме сигнала обратной связи подаётся смещение (блок Usm), устанавливающее рабочую точку. Дополнительный блок Saturation служит для ограничения входного сигнала. Напряжение синхронизации подаётся с генератора Esin и управляется по величине аттенюатором Ks. Наблюдение за ходом процесса генерации проводится с помощью осциллографа Signal, кроме того, цифровые модели процессов тока транзистора и напряжения на контуре передаются в рабочее пространство системы MATLAB (блок To Workspace). Отдельно стоящий блок Load parameters of kontur служит для первоначального расчёта коэффициентов полиномов знаменателя A(s) и числителя B(s) модели контура.
Рисунок 4 – Блок-схема модели автогенератора,
находящегося под внешним воздействием Eсин
2. Подготовка к выполнению работы:
4.1. Изучить по учебной литературе методы расчета условий самовозбуждения и стационарных колебаний в автогенераторах.
4.2. Изучить описание исследуемой радиотехнической цепи и её компьютерной модели, ознакомиться с описанием лабораторного задания при выполнении лабораторной работы.
4.3. Изобразить принципиальную схему исследуемого в работе LС-автогенератора с автотрансформаторной обратной связью.
4.4. Используя результаты работы № 2, рассчитать по измеренным при двух значениях напряжения смещения (U1 и U2) колебательным характеристикам нелинейного усилителя без автосмещения и по колебательной характеристике усилителя с автосмещением:
а) критические значения коэффициентов обратной связи, необходимые для возникновения и срыва колебаний, а также соответствующие этим коэффициентам величины взаимной индуктивности;
б) зависимости амплитуды колебаний, генерируемых автогенератором в установившемся режиме, от коэффициента обратной связи.
Параметры контура L, p, Q, fр использовать такие же, как и в работе № 2.
4.5. Изобразить принципиальную схему автогенератора под воздействием внешней гармонической ЭДС. Рассчитать относительную и абсолютную ширину полосы захвата для отношения амплитуды внешней ЭДС к амплитуде автоколебаний на затворе транзистора автогенератора, равных 0,2 и 0,5.
4.6. Выполнив указанные выше предварительные расчеты, составить по их результатам таблицы и построить графики.
4.7. Ответить на вопросы самопроверки, приведённые в п.7.
Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 1903;