ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 159
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
плавном увеличении обратной свя зи и скачкооб - разным срывом колебаний при уменьшении обратной свя зи. Меж- ду этими значениями обратной связи существует область затягивания (заштри- хована, см. рис. 8 б) в пределах М2<М<М4.
Если возбудить колебания в генераторе при М ≥ М4, а затем уменьшать М до значений, соответствующих этой области (например М = М3), колебания в генераторе сохранятся. Если же увеличивать М до М3 от значений, меньших М2, колебания в схеме не возникнут. В последнем случае колебания можно возбудить, если за счет какого-либо внешнего воздействия создать на короткое время колебания с амплитудой UB1 > U''B1, дальше она сама увеличится до U'B1. Этого иногда можно добиться за счет переходных процессов, возникающих при включении напряжения питания.
Автосмещение. В автогенераторах широко применяется автоматическое смещение, действие которого проиллюстрируем на примере схемы (рис. 9). Выберем исходное смещение на базе транзистора, соответствующего участку характеристики iK(uб) с большой крутизной, на котором происходит мягкое са- мовозбуждение колебаний при небольшой взаимоиндукции М. В процессе на- растания амплитуды колебаний в цепи базы происходит детектирование коле- баний, возрастание постоянной составляющей тока базы Iб0, смещение рабочей точки транзистора, определяемой выражением E'б = Eб – Iб0Rб, влево (см. рис. 9). Уменьшение смещения на базе транзистора вызывает уменьшение средней кру- тизны коллекторного тока. При правильно выбранной величине Rб переходный процесс в генераторе заканчивается установлением стационарного режима с от- сечкой тока со свойственным ему более высоким КПД.
uб
uб
Uk
Рис. 9
Таким образом, применение автосмещения позволяет совместить режим мягкого самовозбуждения колебаний с достижением более высоких КПД в же- стком режиме.
На практике большей частью находит применение так называемая трех- точечная схема транзисторного автогенератора (рис.10). В ней реактивные со- противления Z1, Z2, Z3 (емкости и индуктивности) имеют малые потери и обра-
зуют высокодобротный колебательный контур. Иногда при компенсации фазо- вых сдвигов в транзисторе в схему включают дополнительное сопротивление Z4.
Для приведенной трехточечной схемы справедливо выражение
Kо.с = Z2/Z1 , (29)
а при малых сопротивлениях потерь в элементах
Kо.с = X2/X1 . (30)
При сделанных выше допущениях коэффициент обратной связи – вели- чина вещественная, т.е. К = 0. При этом из уравнения (21) при n = 0 следует, что в стационарном режиме устанавливаются колебания такой частоты, при ко- торой сдвиг фаз в транзисторе S компенсируется сдвигом фаз в контуре Z , т.е.
Z = -S . Чем больше
S , тем сильнее расстроен колебательный контур. Следо- вательно, при сделанных допущениях колебания возникают на частоте контура, что, в свою очередь, позволяет находить частоту колебаний из уравнения
X1 + X2 + X3 = 0 . (31)
Используя выражение (31) и учитывая действительный характер коэффи- циента обратной связи, можно показать, что возможны два варианта эквива- лентных трехточечных схем автогенераторов: емкостная (рис.11, а), когда X1 < 0, X2 < 0, X3 > 0, и индуктивная (рис.11б), когда X1 > 0, X2 > 0, X3< 0.
a Рис. 11 б
Выходная мощность автогенератора обычно играет существенную роль только в однокаскадных передатчиках. В многокаскадных передатчиках основ- ные требования предъявляются к стабильности частоты АГ, которую невоз- можно улучшить в последующих каскадах. Поэтому в АГ с повышенной ста- бильностью транзистор должен работать в облегченном режиме. При этом на- пряжение источника коллекторного питания и амплитуду импульса коллектор- ного тока следует выбирать из условий:
Iкм = (0,2 … 0,4)Iк max, (32)
Eк = (0,3 … 0,5)Uк max, (33)
Однако следует отметить, что значительно усиливать неравенства (32) и (33) не рекомендуется, так как существенное уменьшение тока Iкм приводит к увеличе-
нию зависимости параметров транзистора от температуры и уменьшению от- ношения напряжений сигнал/шум на выходе автогенератора. Уменьшение Eк по сравнению с рекомендованным также является нецелесообразным, так как при этом возрастает отрицательное влияние выходной емкости на стабильность частоты генерируемых колебаний.
Режим работы транзистора в автогенераторе обычно выбирают критиче- ским или недонапряженным, коэффициент использования коллекторного на- пряжения = (0,2 – 0,3)гр, где гр - значение коэффициента в граничном режиме. Это объясняется тем, что при работе в перенапряженном режиме на- блюдаются сильное влияние питающего напряжения на частоту генерируемых колебаний и возрастание модуля фазового угла средней крутизны, обусловлен- ное увеличением уровня высших гармоник в напряжении базы. Переход в пе- ренапряженный режим увеличивает также выходную проводимость транзисто- ра, снижающую добротность колебательной системы.
Для обеспечения высокой стабильности амплитуды колебаний угол от- сечки коллекторного тока в стационарном режиме выбирают из условия 60o < < 120o, а мягкий режим самовозбуждения при < 90o создают с помо- щью фиксированного смещения. Наиболее часто применяют комбинированную схему автосмещения, состоящую из делителя в цепи базы транзистора и рези-
стора Rэ в эмиттерной цепи. В этом случае также снижается чувствительность параметров транзистора к изменению температуры окружающей среды и на- пряжения источника коллекторного питания. Опыт проектирования транзи-
сторных автогенераторов показывает, что существует оптимальное значение Rэ
= Rэ.опт, обеспечивающее максимальную стабильность частоты
R э. опт = (25 … 30)/S0. (34)
Кроме этого, для выбора режима автогенератора, работающего в диапазоне частот или нагруженного на цепь с меняющимися параметрами, необходимо знать нагрузочные характеристики. Последние показывают, как изменяются напряжения, токи, мощности, частота от величины сопротивления внешней на- грузки при постоянных напряжениях питания и заданных параметрах цепи смещения. Для получения высокой стабильности частоты транзисторные авто- генераторы чаще всего выполняются по схеме емкостной трехточки и реже ин-
дуктивной.
Рассмотрим схемы исследуемых автогенераторов, входящих в лаборатор- ную установку: емкостную трехточку (рис.12) и индуктивную трехточку (рис.13). АГ построены по схеме с общим эмиттером и заземленным по ВЧ коллектором. Положению переключателя П1 «ЕТ» соответствует емкостная трехточка с частотой генерации порядка 370 кГц, положению П1 «ЕТ1» - емко- стная трехточка с частотой 270 кГц и положению П1 «ИТ2 – индуктивная трех- точка с частотой генерации 270 кГц. Для наблюдения формы коллекторного то- ка в цепь коллектора включен резистор Rк = 75 Ом. Для изменения частоты ге- нерации генератора, построенного по емкостной трехточечной схеме, с 370 до 270 кГц параллельно колебательному контуру переключателем П1 включается емкость С4.
Рис. 12
Нагрузка автогенератора Rн чисто активная, включена в эмиттерную цепь. С помощью переключателя П2 ее величина изменяется с 56 Ом (первое положение) до 616 Ом с шагом 56 Ом. Напряжение смещения в цепь базы пода-
ется от источника Еб через резистор R1. Величина напряжения коллекторного питания контролируется вольтметром, установленным на передней панели. Пе- реключатель П3 позволяет использовать вольтметр для измерения напряжений и токов, указанных на панели. При измерении токов используется вольтметр осциллографа С1-114, который подключается к макету лабораторной установки через специальную насадку.
Рис. 13
В макете лабораторной установки также предусмотрена возможность ис- следования генератора с внешним возбуждением (переключатель П4), коллек- торной и базовой модуляции. В связи с этим некоторые элементы коммутации и контроля, вынесенные на переднюю панель, в данной лабораторной работе не используются.
Прежде чем приступить к выполнению работы, следует ознакомиться со схемой установки и измерительными приборами: универсальным осциллогра- фом С1-114 и частотомером Ч3-44.
Если возбудить колебания в генераторе при М ≥ М4, а затем уменьшать М до значений, соответствующих этой области (например М = М3), колебания в генераторе сохранятся. Если же увеличивать М до М3 от значений, меньших М2, колебания в схеме не возникнут. В последнем случае колебания можно возбудить, если за счет какого-либо внешнего воздействия создать на короткое время колебания с амплитудой UB1 > U''B1, дальше она сама увеличится до U'B1. Этого иногда можно добиться за счет переходных процессов, возникающих при включении напряжения питания.
Автосмещение. В автогенераторах широко применяется автоматическое смещение, действие которого проиллюстрируем на примере схемы (рис. 9). Выберем исходное смещение на базе транзистора, соответствующего участку характеристики iK(uб) с большой крутизной, на котором происходит мягкое са- мовозбуждение колебаний при небольшой взаимоиндукции М. В процессе на- растания амплитуды колебаний в цепи базы происходит детектирование коле- баний, возрастание постоянной составляющей тока базы Iб0, смещение рабочей точки транзистора, определяемой выражением E'б = Eб – Iб0Rб, влево (см. рис. 9). Уменьшение смещения на базе транзистора вызывает уменьшение средней кру- тизны коллекторного тока. При правильно выбранной величине Rб переходный процесс в генераторе заканчивается установлением стационарного режима с от- сечкой тока со свойственным ему более высоким КПД.
uбi к
uбUk
Рис. 9
Таким образом, применение автосмещения позволяет совместить режим мягкого самовозбуждения колебаний с достижением более высоких КПД в же- стком режиме.
-
Эквивалентные схемы автогенераторов
На практике большей частью находит применение так называемая трех- точечная схема транзисторного автогенератора (рис.10). В ней реактивные со- противления Z1, Z2, Z3 (емкости и индуктивности) имеют малые потери и обра-
зуют высокодобротный колебательный контур. Иногда при компенсации фазо- вых сдвигов в транзисторе в схему включают дополнительное сопротивление Z4.
Для приведенной трехточечной схемы справедливо выражение
Kо.с = Z2/Z1 , (29)
а при малых сопротивлениях потерь в элементах
Kо.с = X2/X1 . (30)
При сделанных выше допущениях коэффициент обратной связи – вели- чина вещественная, т.е. К = 0. При этом из уравнения (21) при n = 0 следует, что в стационарном режиме устанавливаются колебания такой частоты, при ко- торой сдвиг фаз в транзисторе S компенсируется сдвигом фаз в контуре Z , т.е.
Z = -S . Чем больше
S , тем сильнее расстроен колебательный контур. Следо- вательно, при сделанных допущениях колебания возникают на частоте контура, что, в свою очередь, позволяет находить частоту колебаний из уравнения
X1 + X2 + X3 = 0 . (31)
Используя выражение (31) и учитывая действительный характер коэффи- циента обратной связи, можно показать, что возможны два варианта эквива- лентных трехточечных схем автогенераторов: емкостная (рис.11, а), когда X1 < 0, X2 < 0, X3 > 0, и индуктивная (рис.11б), когда X1 > 0, X2 > 0, X3< 0.
a Рис. 11 б
-
Выбор режима работы автогенератора.
Выходная мощность автогенератора обычно играет существенную роль только в однокаскадных передатчиках. В многокаскадных передатчиках основ- ные требования предъявляются к стабильности частоты АГ, которую невоз- можно улучшить в последующих каскадах. Поэтому в АГ с повышенной ста- бильностью транзистор должен работать в облегченном режиме. При этом на- пряжение источника коллекторного питания и амплитуду импульса коллектор- ного тока следует выбирать из условий:
Iкм = (0,2 … 0,4)Iк max, (32)
Eк = (0,3 … 0,5)Uк max, (33)
Однако следует отметить, что значительно усиливать неравенства (32) и (33) не рекомендуется, так как существенное уменьшение тока Iкм приводит к увеличе-
нию зависимости параметров транзистора от температуры и уменьшению от- ношения напряжений сигнал/шум на выходе автогенератора. Уменьшение Eк по сравнению с рекомендованным также является нецелесообразным, так как при этом возрастает отрицательное влияние выходной емкости на стабильность частоты генерируемых колебаний.
Режим работы транзистора в автогенераторе обычно выбирают критиче- ским или недонапряженным, коэффициент использования коллекторного на- пряжения = (0,2 – 0,3)гр, где гр - значение коэффициента в граничном режиме. Это объясняется тем, что при работе в перенапряженном режиме на- блюдаются сильное влияние питающего напряжения на частоту генерируемых колебаний и возрастание модуля фазового угла средней крутизны, обусловлен- ное увеличением уровня высших гармоник в напряжении базы. Переход в пе- ренапряженный режим увеличивает также выходную проводимость транзисто- ра, снижающую добротность колебательной системы.
Для обеспечения высокой стабильности амплитуды колебаний угол от- сечки коллекторного тока в стационарном режиме выбирают из условия 60o < < 120o, а мягкий режим самовозбуждения при < 90o создают с помо- щью фиксированного смещения. Наиболее часто применяют комбинированную схему автосмещения, состоящую из делителя в цепи базы транзистора и рези-
стора Rэ в эмиттерной цепи. В этом случае также снижается чувствительность параметров транзистора к изменению температуры окружающей среды и на- пряжения источника коллекторного питания. Опыт проектирования транзи-
сторных автогенераторов показывает, что существует оптимальное значение Rэ
= Rэ.опт, обеспечивающее максимальную стабильность частоты
R э. опт = (25 … 30)/S0. (34)
Кроме этого, для выбора режима автогенератора, работающего в диапазоне частот или нагруженного на цепь с меняющимися параметрами, необходимо знать нагрузочные характеристики. Последние показывают, как изменяются напряжения, токи, мощности, частота от величины сопротивления внешней на- грузки при постоянных напряжениях питания и заданных параметрах цепи смещения. Для получения высокой стабильности частоты транзисторные авто- генераторы чаще всего выполняются по схеме емкостной трехточки и реже ин-
дуктивной.
-
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Рассмотрим схемы исследуемых автогенераторов, входящих в лаборатор- ную установку: емкостную трехточку (рис.12) и индуктивную трехточку (рис.13). АГ построены по схеме с общим эмиттером и заземленным по ВЧ коллектором. Положению переключателя П1 «ЕТ» соответствует емкостная трехточка с частотой генерации порядка 370 кГц, положению П1 «ЕТ1» - емко- стная трехточка с частотой 270 кГц и положению П1 «ИТ2 – индуктивная трех- точка с частотой генерации 270 кГц. Для наблюдения формы коллекторного то- ка в цепь коллектора включен резистор Rк = 75 Ом. Для изменения частоты ге- нерации генератора, построенного по емкостной трехточечной схеме, с 370 до 270 кГц параллельно колебательному контуру переключателем П1 включается емкость С4.
Рис. 12
Нагрузка автогенератора Rн чисто активная, включена в эмиттерную цепь. С помощью переключателя П2 ее величина изменяется с 56 Ом (первое положение) до 616 Ом с шагом 56 Ом. Напряжение смещения в цепь базы пода-
ется от источника Еб через резистор R1. Величина напряжения коллекторного питания контролируется вольтметром, установленным на передней панели. Пе- реключатель П3 позволяет использовать вольтметр для измерения напряжений и токов, указанных на панели. При измерении токов используется вольтметр осциллографа С1-114, который подключается к макету лабораторной установки через специальную насадку.
Рис. 13
В макете лабораторной установки также предусмотрена возможность ис- следования генератора с внешним возбуждением (переключатель П4), коллек- торной и базовой модуляции. В связи с этим некоторые элементы коммутации и контроля, вынесенные на переднюю панель, в данной лабораторной работе не используются.
-
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Прежде чем приступить к выполнению работы, следует ознакомиться со схемой установки и измерительными приборами: универсальным осциллогра- фом С1-114 и частотомером Ч3-44.