Транзисторный LC генератор: Методическая разработка к лабораторной работе N7 по курсу ''Радиотехника''

Волгоградский государственный педагогический университет Кафедра теоретической физики Лаборатория радиотехники

Лабораторная работа №7 Транзисторный LC генератор.

Волгоград, 1998

1

Лабораторная работа №7 Транзисторный LC генератор. Цель работы. Ознакомление с принципом работы трехточечного LC генератора и его исследование. I.

ТЕОРИЯ РАБОТЫ.

Генератор – это устройство, в котором за счет энергии источника питания создаются периодические незатухающие электрические колебания. Рассматриваемый генератор состоит из усилителя (блок К, рис.1) на транзисторе и обратной связи (блок β). Последняя предназначена для передачи части энергии выходного колебания на вход усилителя, поэтому его выход соединен с входом цепи обратной связи, а выход цепи - с входом усилителя.

Рис.1.Блок-схема генератора. Коэффициент

передачи

усилителя

равен

K

U& K& = вых. , U& вх .

•

коэффициент передачи обратной связи β равен β =

•

U вых.о.с. •

. Условие

U вх.о.с. виде K& β& ≥ 1

или, самовозбуждения генератора записывается в переходя к показательной форме записи комплексного числа, имеем:

Kβe •

(

j φκ +φβ •

)

≥1 .

(1)

Здесь K и β модули K , β ; φκ , φ β – сдвиги фаз между входными и выходными напряжениями соответственно. Условие (1) можно разделить на 2 самостоятельных условия самовозбуждения: баланс амплитуд: Kβ ≥ 1 (2) и баланс фаз φκ + φ β = 2πn

(3) .

2 На рис. 2 приведена принципиальная схема использованного в лабораторном макете генератора. В нем блок K выполнен в виде резонансного усилителя на транзисторе VT 1 . Его входом является промежуток база - эмиттер транзистора, выходом – его коллектор эмиттер, нагрузкой усилителя – последовательно соединенные колебательный контур LC1C 2 и резистор R2 . Резистор R1 задает начальное смещение на транзисторе, переводя генератор в мягкий режим самовозбуждения. Конденсатор C3 - разделительный. Он предназначен для передачи с точки соединения обоих элементов нагрузки транзистора на его базу только переменного напряжения, не пропуская постоянное напряжение. Емкость конденсатора выбирается из условия малости его сопротивления на частоте генерации по сравнению с входным сопротивлением транзистора. Следовательно, для переменного напряжения C3 может быть представлен в виде короткого замыкания. Из рассмотрения схемы (рис.2) видно, что вход цепи обратной связи совпадает с местом подсоединения конденсатора C1 , а сама она L и конденсаторов C 2 , C 3 . состоит из катушки индуктивности Пренебрегая сопротивлением последнего, получим, что коэффициент передачи цепи обратной связи может быть найден как отношение напряжений, выделяющихся на конденсаторах C1 и С 2 от протекания по ним токов каждой из ветвей контура. При резонансной частоте они сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180˚, что обуславливает знак «- » в приводимой ниже формуле. Таким образом, •

β=

•

U вых.о.с. •

U вх.о.с.

1 jω C 2 C =− =− 1 . 1 C2 jωC1

•

Полученное β– действительное число, поэтому для удовлетворения условий самовозбуждения (1-3) и K должно быть действительным. Отсюда вытекает два следствия: 1. Нагрузка усилителя должна быть чисто активной. 2. При активной нагрузке сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями усилителя должен быть равен π , т.к. только в этом случае будет выполняться баланс фаз (3). Первое следствие дает возможность вычислить генерируемую частоту, записав полное сопротивление контура и приравняв его мнимую часть к нулю: Z =

ρ2 1 ⎞ ⎛ R + j ⎜ ωL − ⎟ ωC ⎠ ⎝

.

3 Здесь C =

C1C 2 L , ρ -волновое сопротивление контура ρ = ,в C1 + C 2 C

итоге получаем: ω 0 =

C1 + C 2 . Частота не может быть отрицательной, LC1C 2

поэтому квадратный корень имеет единственное значение. Следовательно, такой генератор будет вырабатывать гармоническое напряжение. Второе – обеспечивается за счет включения транзистора по схеме с общим эмиттером. II.

ХОД РАБОТЫ.

1. 2. 3. 4.

Ознакомьтесь по литературе с принципом работы генератора. Выясните назначение деталей и цепей схемы. Смонтируйте генератор по схеме на рис.2. По инструкции по эксплуатации осциллографа С1-94 изучите методы измерения напряжения и частоты исследуемого сигнала. 5. Соберите схему для исследования генератора (рис.3).

Рис. 3. Схема исследования генератора. (1-Выпрямитель ВС4-12, 2-исследуемый генератор, 3-осциллограф) 6. Включите в сеть выпрямитель ВС4-12, а затем подайте питание от него на исследуемый генератор. Добейтесь на экране осциллографа четкого, устойчивого изображения исследуемого сигнала. 7. Начертите в масштабе форму сигнала. 8. Определите с помощью осциллографа частоту и амплитуду напряжения исследуемого сигнала. 9. Вычислите индуктивность колебательного контура генератора LC и величину коэффициента обратной связи β .

4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Начертите схему генератора на память. Объясните из каких основных частей состоит генератор. Запишите условия самовозбуждения генератора и объясните их. Выделите на схеме генератора усилитель и цепь обратной связи. Рассчитайте величину коэффициента обратной связи генератора. Запишите выражение для генерируемой частоты. Как оно получено? 7. Почему рассматриваемый генератор вырабатывает гармонические колебания? 8. Объясните назначение элементов схемы R1 , R2 , C3 . 9. Как с помощью фигуры Лиссажу определить неизвестную частоту? ЛИТЕРАТУРА.

1. Гершензон Е. М., Полянина Г.Д., Соина Н.В. Радиотехника. – М.: Просвещение, 1986.

5