Генераторы гармонических колебаний

На рис. 7 приведена структурная схема автогенератора, которая состоит из усилителя с коэффициентом усиления и цепи положительной обратной связи с коэффициентом обратной связи .

Рис. 7. Структурная схема автогенератора

В качестве цепи обратной связи используют частотно-зависимые звенья – LC-контуры (в высокочастотных автогенераторах).

В усилителе, охваченном обратной связью, или ,

где – модули коэффициента усиления и обратнойсвязи; j и y – аргументы комплексных чисел, определяющие фазовые сдвиги входных и выходных напряжений соответственно усилителя и цепи обратной связи. Это равенство выполняется при следующих условиях:

.

Первое уравнение называют условием или уравнением баланса фаз, второе – условием баланса амплитуд. Условие баланса фаз означает, что в схеме существует положительная обратная связь. Условие баланса амплитуд соответствует тому, что потери энергии в автогенераторе восполняются энергией от источника питания с помощью цепи обратной связи. Обычно .

Чаще всего используют автогенераторы, в которых колебательный контур включен по схеме рис. 4.

Существенным недостатком LC-автогенераторов является зависимость частоты генерируемых колебаний от изменений температуры и режима работы, колебаний напряжения питания и других дестабилизирующих факторов.

Рис. 8. Схема автогенератора с трансформаторной обратной связью

Кварцевая стабилизация частоты заключается в применении кварцевых резонаторов, что дает очень низкую нестабильностьчастоты, обычно порядка 10^-7. Кварцевый резонатор эквивалентен электрическому колебательному контуру. Кварцевый резонатор представляет собой тонкую пластинку минерала (кварца или турмалина), установленную в кварце-держателе. Кварц, как известно, обладает пьезо-эффектом. При воздействии на кварцевую пластинку переменного электрического поля в ней возникают механические упругие колебания, приводящие к появлению электрических зарядов на ее гранях. Таким образом, кристалл кварца представляет собой электромеханическую систему, обладающую резонансными свойствами. Кварцевую стабилизацию частоты обычно применяют в автогенераторах, работающих на фиксированных частотах, что является ее недостатком.

Порядок выполнения работы

1. Изучение работы транзисторного LC-генератора.

1.1. Ознакомиться со схемой лабораторного стенда. Схема генератора выполнена на транзисторе типа МП42. Коллекторное напряжение подается в схему при включении тумблера В₁₀ в положение «–Ек₁», измеряется вольтметром ИП₁. Для контроля, измерения и снятия осциллограмм в характерных точках использовать гнезда Г₁₂, Г₁₃ и Г₁₄ . Зарисовать осциллограммы сигналов на входе и выходе схемы.

1.2. Измерить частоты сигналов, генерируемых каскадом для трех значений емкостей контура, переключаемых тумблером В₁₁.

1.3. Снять и построить зависимость амплитуды генерируемых колебаний U_вых = f(– Eк), изменяя Eк₁ от min до max.

1.4. Снять и построить зависимость f_ген = f(–Eк).

2. Изучение работы генератора с кварцем в цепях эмиттеров.

2.1. Изучить схему лабораторного стенда. Схема генератора собрана на 2-х транзисторах типа МП42. Колебательной системой является кварц. Напряжение питания в схему подается включением переключателя В₁₀ в положение «–Eк₂». Гнезда Г₁₅, Г₁₆, Г₁₇ служат для измерения исследуемых напряжений.

2.2. Добиться генерирования колебаний при включенном тумблере В₁₄, изменяя –Eк₂.

2.3. Снять зависимость U_вых = f(–E_к).

2.4. Снять зависимость f_ген = f(–E_к).

2.5. Сравнить зависимости пп. 2.3, 2.4 и 1.3, 1.4.

Отчет должен содержать:

1. Схемы LC-генератора и генератора с кварцевой стабилизацией частоты.

2. Осциллограммы сигналов LC-генератора.

3. Таблицы экспериментальных данных и графики.

4. Результаты расчета индуктивности колебательного контура генератора.

Контрольные вопросы

1. Что значит самовозбуждение генератора?

2. Что такое баланс амплитуд и баланс фаз?

3. Объясните принцип работы LC- генератора.

4. Объясните принцип работы генератора с кварцевой стабилизацией частоты.

5. Для чего в генераторе необходима катушка L_Б?

6. Как изменится частота колебаний LC-генератора, если емкость конденсатора C_к уменьшить в 4 раза?

7. Может ли амплитуда выходного напряжения автогенератора превышать напряжение источника питания?

8. Изменяется ли резонансная частота генератора при подключении измерительных приборов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

ТРЕХФАЗНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ

Цель работы: 1. Изучение трехфазной схемы выпрямителя с нулевым выводом силового трансформатора.

2. Изучение трехфазной мостовой схемы выпрямителя (схемы Ларионова).

3. Снятие внешних характеристик выпрямителя.

Приборы: Лабораторный стенд, электронный осциллограф.

Схемы двух основных типов трехфазных выпрямителей приведены на рис. 9.

В схему трехфазного выпрямителя с нулевым выводом входят: трехфазный трансформатор, обмотки которого соединены звездой, три диода, включенные в каждую из фаз трансформатора, и нагрузочный резистор. Диоды в схеме выпрямителя работают поочередно, каждый в течение трети периода, когда потенциал начала одной из фазных обмоток (например, а) более положителен, чем двух других (b и с). Выпрямленный ток в нагрузочном резисторе R_н создается токами каждого диода, имеет одно и то же направление и равен сумме выпрямленных токов каждой из фаз.

а)	б)
Рис. 9. Схемы трехфазного выпрямителя с нулевой точкой (а) и мостового выпрямителя (б)

Трехфазный мостовой выпрямитель содержит мост из шести диодов. Диоды VD1, VD3, VD5 образуют одну группу, а диоды VD2, VD4, VD6 – другую. Общая точка первой группы диодов образует положительный полюс на нагрузочном резисторе R_н, а общая точка второй группы – отрицательный полюс на нем. В этом выпрямителе в каждый момент времени ток в нагрузочном резисторе и двух диодах появляется тогда, когда к этим диодам приложено наибольшее напряжение.