Программа выполнения работ

1. Исследование избирательных свойств цепи Вина, используемой в цепи положительной обратной связи (ПОС) автогенератора, с целью определения частоты квазирезонанса и коэффициента передачи цепи также на частоте квазирезонанса для цепей с разной постоянной времени.

2. Исследование автогенератора, в котором в ПОС использована цепь Вина, с целью определения условий возникновения и существования колебаний, а также частоты генерации.

Методические указания.

1. Для исследования цепи Вина на ее вход подайте сигнал от внешнего генератора низкой частоты и снимите амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). По АЧХ определите частоту, на которой коэффициент передачи (β⁺) имеет максимальное значение. Эта частота и является частотой квазирезонанса.

Указанные АЧХ снимите для 4-х случаев, изменяя значения R и C, при этом постоянные времени верхнего и нижнего плечей цепи Вина должны быть равными (τ₁=R_min∙C_min, τ₂=R_max∙C_min, τ₃=R_min∙C_max, τ₄=R_max∙C_max).

2. Охватите усилитель ПОС с помощью цепи Вина и, изменяя коэффициент отрицательной ОС (R₁₄ макета), добейтесь устойчивых колебаний синусоидальной формы и измерьте амплитуды выходных колебаний.

С помощью фигур Лиссажу или частотомера определите частоту колебаний автогенератора и сравните ее с частотой квазирезонанса, найденной по АЧХ для данной цепи.

Проведите подобные измерения (п.2) для 4-х значений τ (τ₁, τ₂,τ₃, τ₄).

3. Измерьте значение коэффициента усиления усилителя на частоте квазирезонанса (для одного значения τ), для чего разомкните цепь ПОС, не изменяя при этом положение регулятора цепи ООС. На вход усилителя от внешнего генератора подайте сигнал такой амплитуды, чтобы амплитуда выходного сигнала усилителя равнялась амплитуде сигнала на выходе автогенератора в режиме генерации. Измерив выходное и входное напряжение, определите К_оос. Проверьте условие выполнения условия баланса амплитуд в режиме установившихся колебаний в соответствии с выражением К_ос∙β⁺=1.

4. Получив у преподавателя значения элементов цепи Вина, рассчитайте значения частот квазирезонанса и сравните их с полученными из АЧХ цепи Вина и частотами генерации автогенератора.

Контрольные вопросы.

1. Объясните назначение автогенераторов.

2. Приведите обобщенную блок-схему автогенератора и поясните назначение основных блоков.

3. Какие условия должны быть выполнены в электронной схеме, для того, чтобы эта схема стала выполнять функцию автогенератора. Запишите указанные условия баланса фаз и баланса амплитуд в аналитической форме и дайте необходимые пояснения.

4. Обязательно ли наличие в автогенераторе:

а) положительной обратной связи.

б) отрицательной обратной связи.

5. Какие элементы схемы определяют частоту и форму колебаний в автогенераторе?

6. Приведите варианты выполнения частотозадающих цепей типа LC и RC.

7. Укажите и дайте обоснование примерному диапазону частот, в котором работают автогенератора типа LC и типа RC.

8. Приведите принципиальную схему автогенератора типа LC с трансформаторной связью и покажите, как в данной схеме выполняются условия баланса фаз и баланса амплитуд.

9. Покажите в автогенераторе, с физической точки зрения, процессы возникновения, нарастания и установления амплитуды колебаний переменного напряжения на выходе.

10. Поясните, почему после включения источника питания амплитуда колебаний возрастает не скачком, а постепенно?

11. Дайте определение колебательной характеристике и характеристики цепи обратной связи автогенератора. Приведите указанные характеристики на одном графике.

12. Покажите с помощью графиков процессы возникновения, нарастания и установления колебаний. Докажите, что амплитуда в установившемся режиме определяется точкой пересечения амплитудной и колебательной характеристики.

13. В каком случае выполняются следующие условия:

а) β⁺К > 1

б) β⁺К = 1

в) β⁺К < 1

Поясните, почему указанные условия должны изменяться и за счет чего эти изменения происходят?

14. Докажите, что для обеспечения нормальной работы автогенератора в его схеме обязательно присутствие нелинейного элемента. Определите в реальных схемах указанный нелинейный элемент.

15. Проиллюстрируйте процесс стабилизации амплитуды выходного напряжения. Что влияет на стабильность амплитуды?

16. Получите дифференциальное уравнение, описывающее работу автогенератора, и определите условия возникновения и существования автоколебаний.

17. Какие элементы определяют стабильность частоты колебаний автогенератора, и какие меры предпринимаются для повышения указанной стабильности? Приведите примерные значения нестабильности частоты, достижимые в автогенератора» типа LC.

18. Почему у автогенератора форма выходного сигнала близка к синусоидальной, несмотря на то, что усилительный элемент (транзистор) работает в резко нелинейном режиме?

19. Приведите схемы индуктивной и емкостной трехточки автогенераторов. С помощью векторных диаграмм покажите выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд.

20. Приведите схемы автогенераторов типа RC на транзисторах и операционных усилителях. Как в таких автогенераторах выполняются условия баланса фаз и баланса амплитуд?

Почему у таких автогенераторов цепь Вина включена в цепи положительной обратной связи, а при применении двойного Т-моста последний включается в цепь отрицательной обратной связи?

21. Получите аналитическое выражение АЧХ и ФЧХ для цепи Вина.

На основе анализа определите частоту квазирезонанса коэффициент передачи и фазовый сдвиг на частоте квазирезонанса.

22. На основе анализа цепи Вина определите требования к усилителю, используемому в атогенераторе с указанной цепью.

23. С какой целью в автогенераторах типа RC используется нелинейные инерционные и без инерционные лампочки накаливания, термистор, диоды, выпрямители?

24. Рассмотрите процесс стабилизации амплитуды колебаний в автогенераторах типа RC с нелинейными элементами

25. За счет чего в автогенераторах типа RC формируется синусоидальный сигнал с малыми нелинейными искажениями, несмотря на то, что избирательность RC-цепей очень низкая?

26. С какой целью в автогенераторах синусоидальных колебаний применяют кварцевые резонаторы (кварц)? Чем определяется частота сигнала у такого генератора?

27. Приведите схему автогенератора с кварцем, поясните принцип действия и выполнения условий баланса фаз и амплитуд?