ЛР №2 РППУ на гос.языке.pdf. 1 Лабораторная работа Предмет Радиопередающие устройства Тема Исследование rc автогенератора Вариант 2 Специальность
 Скачать 394.57 Kb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН «АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ ИМЕНИ ГУМАРБЕКА ДАУКЕЕВА» Некоммерческое акционерное общество Кафедра «космическая Инженерия» №1 Лабораторная работа Предмет: Радиопередающие устройства Тема: Исследование RC автогенератора Вариант: 2 Специальность:«6В07111 - Космическая техника и технологии» Выполнил: Алиева Элиана Группа: КТТк 19-1 Проверил:Ермекбаев М. _________ ___________ «_____»__________________2022г. (оценка) (подпись) Алматы 2022 Содержания 2.1Краткая характеристика исследуемой цепи 2 2.2Лабораторное задание 3 2.3Выполнения лабораторной работы 4 Контрольные вопросы 7 Әдебиеттер тізімі 14 Цель работы: исследование одной из схемы RC автогенератора. Экспериментальная проверка основных положений теории RC генераторов. Краткая характеристика исследуемой цепиВ данной работе используется правая часть сменного блока АВТОГЕНЕРАТОРЫ. Объектом исследования (рисунок 2.1) является RC генератор на основе двухкаскадного резисторного усилителя (К-цепь) с цепью положительной обратной связи в виде фазобалансной цепи R3 C3 R4 C4 (цепь). Для нормальной работы генератора К-цепь и -цепь необходимо соединить перемычками между гнездами КТ5–КТ6 и КТ7–КТ8. При снятых перемычках появляется возможность раздельного изучения свойств К-цепи и -цепи.  Рисунок 2.1 – Принципиальная схема RC генератора Регулировка частоты генерируемых колебаний (в пределах 2-5 кГц) осуществляется сдвоенным потенциометром R3R4 фазобалансной цепи (ручка ЧАСТОТА). Ручная регулировка усиления К-цепи производится потенциометром R5, включенным в нагрузку первого каскада (ручка УСИЛЕНИЕ). С помощью этого регулятора можно определять критическое значение коэффициента усиления и наблюдать за изменением формы генерируемых колебаний. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) включается тумблером в правом верхнем углу сменного блока. При включенной АРУ, независимо от положения ручного регулятора, поддерживается практически синусоидальная форма выходных колебаний. Схема АРУ (на рисунке 2.1 не показана) состоит из вспомогательного усилительного каскада на операционном усилителе, коэффициент усиления которого управляется огибающей выходного сигнала. Всякое изменение амплитуды генерируемых колебаний (например , при ручной регулировке усиления) приводит к тому, что изменяется коэффициент усиления вспомогательного каскада, в результате чего выходная амплитуда возвращается на прежний уровень. Замена фазобалансной цепи на простую перемычку между гнездами КТ6–КТ8 превращает RC генератор в мультивибратор. При изучении переходных процессов включается ПРЕРЫВАТЕЛЬ (общий для LC и RC генераторов). Дифференцирующая цепь и ее выход – гнездо КТ10 - служат для наблюдения так называемых фазовых портретов на экране осциллографа при включенной развертке. В качестве измерительных приборов используются внутренние диапазонный генератор и вольтметр переменного напряжения, а также осциллограф и ПК в режиме анализатора спектра. Лабораторное задание2.3.1 Возбудите генератор, подобрав усиление К-цепи, и проверьте выполнение условия баланса амплитуд. 2.3.2 В стационарном режиме определите зависимость формы и спектра генерируемых колебаний от усиления К-цепи. 2.3.3 В стационарном режиме определите влияние -цепи на частоту генерации. 2.3.4 Получите релаксационные колебания, изучите влияние усиления К-цепи на частоту колебаний. Выполнения лабораторной работыПервым шагом мы должны соединить пермычками гнезда КТ5–КТ6 и КТ7–КТ. Подключить вольтметр и осциллограф к выходу генератора (гнездо КТ9). Ручка УСИЛЕНИЕ устанавливаем в крайнее левое положение (К=КМИН). Ручка ЧАСТОТА – в произвольном, но неизменном в п.п. 1.1-1.4 положении. Тумблеры ПРЕРЫВАТЕЛЬ и АРУ – выключены. Возбуждение генератора осуществляется путем плавного увеличения усиления К – цепи (ручкой УСИЛЕНИЕ) до появления на экране осциллографа минимальных устойчивых колебаний. Измеряем и вносим в таблицу 2.1 выходное напряжение генератора UГ. Не меняя положений ручек ЧАСТОТА и УСИЛЕНИЕ, заменяем осциллограф на анализатор спектра (на ПК), вносим в таблицу 2.1 частоту fГ. Т а б л и ц а 2.1
Определяем коэффициент передачи цепи обратной связи β = UВЫХ β / UВХ β. Для этого на вход ФБЦ (гнездо КТ5) подать входное напряжение (от диапазонного генератора блока ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ) UВХ β=1В с частотой f = fГ. Подключив вольтметр к выходу β-цепи (гнездо КТ7), измерить UВЫХ β. Результаты измерений, а также значение β внести в таблицу 2.1.   Определяем частоту f0, на которой ФБЦ создает нулевой фазовый сдвиг. Сохраняя подключение приборов предыдущего пункта, добавить к ним осциллограф, один из входов которого подключить ко входу, а другой - к выходу ФБЦ. Перестраивая по частоте диапазонный генератор, фиксируем частоту f0, при которой сдвиг осциллограмм (входного и выходного сигналов ФБЦ) отсутствует. Значение f0 внести в таблицу 2.1. При отсутствии двухлучевого (или двухканального) осциллографа, нулевой фазовый сдвиг между сигналами можно зафиксировать по фигуре Лиссажу на экране однолучевого осциллографа, когда эта фигура превращается в прямую линию с положительным наклоном. Для определения коэффициента усиления К-цепи подаем на вход усилителя (гнездо КТ8) напряжение от диапазонного генератора с частотой f = fГ такой величины UВХ К, чтобы на его выходе получилось UВЫХ К = UГ. В таблицу 2.1 внести UВХ К, UВЫХ К и К = UВЫХ К / UВХ К. Рассчитать и внести в ту же таблицу значение петлевого усиления β·К.   =1,7 Стационарный режим. Восстанавливаем схему генератора, поставив перемычки между гнездами КТ5–КТ6 и КТ7–КТ8. Отключаем все приборы от входа усилителя. К выходу генератора (КТ9) подключить осциллограф и анализатор спектра (ПК). Плавно увеличиваем УСИЛЕНИЕ К-цепи, наблюдаем за формой генерируемых колебаний. При появлении первых признаков нелинейных искажений (по осциллографу) или по появлению гармоник (на анализаторе спектра) несколько уменьшить усиление, добиваясь практически синусоидальной формы выходного сигнала. Подключаем вольтметр к выходу генератора, измеряем максимальную величину гармонического сигнала UГ МАХ. Зарисовать осциллограмму и спектр этого сигнала на одной горизонтали. Увеличиваем усиление К-цепи, добиваясь появления явно выраженных нелинейных искажений выходного сигнала. Зарисовываем осциллограмму и спектр для этого случая с сохранением масштаба предыдущих рисунков (п.2.2). Включаем тумблер АРУ, наблюдая за изменением осциллограммыи спектра. Обратить внимание на инерционность АРУ. Зарисовать осциллограмму и спектр под соответствующими рисунками п.п. 2.2 и 2.3. Пробуем изменить коэффициент усиления К-цепи ручным регулятором, наблюдая за осциллограммой и спектром. Фиксируем наблюдения в отчете.  Рисунок 1 – К цепи осциллограф Зависимость частоты генерируемых колебаний от параметров фазобалансной цепи. Наблюдаем по анализатору и осциллографу, фиксируя частоты выходного сигнала для двух крайних и одного среднего положения ручки ЧАСТОТА. Система АРУ – включена. Результаты заносим в таблицу 2.2. Т а б л и ц а 2.2
Влияние усиления на частоту генерируемых колебаний. Отключив АРУ, проверить по анализатору спектра, влияет ли изменение усиления на частоту генерации. Вывод по эксперименту отразить в отчете. Релаксационные колебания наблюдают и зарисовывают после соединения перемычкой гнезд КТ6–КТ8, исключив из схемы фазобалансную цепь. В отчете отразить осциллограмму и спектр этого колебания.  Рисунок 2 – Релаксационные колебание Зависимость частоты релаксационных колебаний от регулятора УСИЛЕНИЯ. Снимается зависимость частоты колебаний по анализатору спектра от выходного напряжения генератора. Система АРУ отключаем. Результаты вносим в виде таблицы 2.3 и графика fГ = φ (UВЫХ). Т а б л и ц а 2.3
Контрольные вопросыНарисовать схему RC генератора с фазобалансной цепью.  В этом генераторе усилитель собран на двух усилительных каскадах собранных на транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой этих каскадов являются резисторы R3 и R5. Напряжение смещения на транзисторы подается фиксированным током базы через резисторы R2 и R4. Элементы С1 R1 C2 R2 образуют фазобалансную цепь в цепи положительной обратной связи. Элементы С4 С5 являются разделительными конденсаторами. R6 С3 элементы фильтра питания. Объяснить назначение фазобалансной цепи. Изобразите ее АХЧ и ФЧХ. В генераторах с четным числом усилительных каскадов нет необходимости использовать в цепи положительной обратной связи фазосдвигающие цепи. Для выделения колебаний требуемой частоты в выходном напряжении таких генераторов, в цепь обратной связи включают четырехполюсник, обладающий частотно-избирательными свойствами (фазобалансную цепь). Построим входную АЧХ, задавшись несколькими частотами. ω=0;  ;ω=  ;  ;ω=∞;  . Построим входную ФЧХ, задавшись несколькими частотами. ω=0;  ;ω= ;  ;ω=∞;  . Записать условия самовозбуждения. Для процесса возбуждения и генерации колебаний часть их мощности с выхода усилителя по цепи положительной обратной связи подается на его вход. Говоря другими словами, подобное устройство «возбуждает само себя» и поэтому называется автогенератором с самовозбуждением. Выражение для напряжения обратной связи на любой частоте генерации ω можно записать в виде  (1)коэффициентпередачи:  Тогда выходноенапряжение  Или с учетом (1):  Автогенератор будет работать в стационарном режиме при условии:  Представим формулу следующим образом:  (2)Здесь K и β – модули коэффициента усиления собственно усилителя (без цепи положительной ОС) и коэффициента передачи цепи положительной ОС;  K и  – фазовые сдвиги, вносимые соответственно усилителем и цепью положительной ОС на текущей частоте ω .В теории автогенераторов выражение (2) принято представлять в виде двух равенств:  (3) (4)где  — коэффициент усиления усилителя с обратной связью; n = 1,2,3,...Соотношение (3) определяет условие баланса амплитуд в автогенераторе. Из него следует, что в стационарном режиме на генерируемой частоте коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен единице, и имеет тот смысл, что для устойчивой работы автогенератора необходимо, чтобы поступление энергии в контур было бы равно энергии потерь за период колебаний.Равенство (4) характеризует условие баланса фаз. Оно показывает, что в стационарном режиме суммарные фазовые сдвиги сигнала на частоте генерации, создаваемые усилителем и цепью положительной ОС, должны быть равны (или кратны) 2π т.е. подкачка энергии порциями через цепь обратной связи в контур должна осуществляться в фазе с собственными колебаниями в контуре. И физически означает тот факт, что обратная связь должна быть положительна. В схемах автогенераторов гармонических колебаний, работающих в стационарном режиме, соотношения (3) и (4) выполняются на одной фиксированной частоте  , которая является резонансной для узкополосной колебательной системы.Если  ,то амплитуда выходных колебаний будет непрерывно нарастать, что является необходимым условием самовозбуждения генератора. Таким образом, условие самовозбуждения автогенератора имеет следующий вид:  В процессе самовозбуждения величина β не зависит от амплитуды колебаний, оставаясь постоянной величиной .Величина же К из-за нелинейности вольтамперной характеристики усилителя с ростом амплитуды уменьшается . Процесс генерации начинается с появлением в усилителе случайных колебаний малых амплитуд и продолжается до установления стационарной амплитуды выходного напряжения, когда амплитуда колебаний достигает постоянной величины. Начальный и окончательный рост амплитуды напряжения, происходит по экспоненциальным законам. Как определить частоту генерируемых колебаний? Значение частоты, на которой будет происходить генерация гармонических колебаний, зависит главным образом от значений параметров L,C.R колебательной системы и цепи обратной связи.Регулировка частоты автогенератора проста и удобна, причем возможна в очень широком диапазоне частот. Ее осуществляют изменением либо сопротивлений резисторов, либо емкостей конденсаторов моста. Общий недостаток всех генераторов — чувствительность генерируемой частоты к изменению питающих напряжений, температуры, "старению" элементов схемы. От чего зависит форма генерируемых колебаний? В автоколебательных системах или автогенераторах генерируемые ими колебания называются автоколебаниями. В них генерируются стационарные колебания, частота и форма которых определяются свойствами самой системы. В чем идея работы АРУ? Автоматическая регулировка усиления (АРУ), система, автоматически изменяющая усиление приёмника электрических колебаний при изменении напряжения сигнала на его входе. В радиовещательных приёмниках АРУ иногда называют устарелым термином автоматическая регулировка громкости (АРГ), в приёмниках проводной связи — автоматической регулировкой уровня. В радиолокационных и других импульсных приёмниках применяют АРУ, учитывающие особенности работы в импульсном режиме. АРУ применяется для исключения перегрузки выходных каскадов приёмников при больших входных сигналах. Используется в бытовой аппаратуре, в приёмниках спутников связи и т. д. Также, существует ручная регулировка усиления (РРУ), выполняется на пассивных или активных (электронных) радиоэлементах или с помощью аттенюаторов Можно ли построить RC генератор на одном транзисторе? Можно. Этот тип генераторов вырабатывает гармонические колебания (синусоидальный сигнал). Пример схемы RC генератора на одном транзисторе:  Его можно использовать в качестве сигнализатора, если к форме генерируемых им колебаний не предъявлять строгих требований. Как с помощью осциллографа наблюдать процессы самовозбуждения и стационарный режим генератора? А) Режим самовозбуждения. Возбуждение генератора с помощью осциллографа можно наблюдать при появлении на нем устойчивых минимальных колебаний. Сдвиг осциллограмм (входного и выходного сигнала ФБЦ) отсутствует. Б) Стационарный режим. С ростом амплитуды колебаний на процесс нарастания колебаний оказывает значительное влияние нелинейность активного управляющего элемента, что приводит к установившемуся (стационарному) значению амплитуды колебаний. На осциллографе должны быть явно выраженные нелинейные искажения сигнала. Как получить релаксационные колебания? Почему частота таких колебаний (в изучаемой схеме) весьма нестабильна? Релаксационные колебания, автоколебания, возникающие в системах, в которых существенную роль играют диссипативные силы ( активное сопротивление — в электрической). Рассеяние энергии, обусловленное этими силами, приводит к тому, что энергия, накопленная в одном из двух (или более) накопителей, входящих в состав автоколебательной системы, не переходит полностью к другому накопителю (как в системах, совершающих гармонические колебания), а рассеивается в системе, превращаясь в тепло. Р. к., как и всякие автоколебания, могут происходить только в нелинейных системах, поэтому рассмотрение Р. к. требует применения нелинейной теории колебаний. Релаксационные автоколебательной системы характерны тем, что при отключении источника энергии в них невозможны колебательные движения. Если в системе преимущественное значение имеет один из энергоёмких параметров, то каждый период Р. к. может быть разделён на несколько резко разграниченных этапов, соответствующих медленным и быстрым изменениям состояния системы, в которой происходят Р. к., что позволяет рассматривать Р. к. в подобных вырожденных системах как разрывные колебания. Релаксационные колебания в данной схеме можно получить при соединении перемычкой гнезд КТ6–КТ8, исключив из схемы фазобалансную цепь Заключение В данной работе использывали правую часть сменного блока АВТОГЕНЕРАТОРЫ. Объектом исследования является RC генератор на основе двухкаскадного резисторного усилителя (К-цепь) с цепью положительной обратной связи в виде фазобалансной цепи R3 C3 R4 C4 (βцепь). Для нормальной работы генератора К-цепь и β-цепь необходимо соединить перемычками между гнездами КТ5–КТ6 и КТ7–КТ8. При снятых перемычках появляется возможность раздельного изучения свойств К-цепи и β-цепи. Әдебиеттер тізіміРадиопередающие устройства. В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев, А.А. Ляховкин. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003. – 559 с. Радиопередающие устройства. М.С. Шумилин, О.В. Головин, Э.А. Шевцов, В.П. Севальнев. - М.: Радио и связь, 2000. – 408 с. Радиопередающие устройства. Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Связь, 2001. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пос. для учебных заведений. - М.: Радио и связь, 2002. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. - М.: Высшая школа, 2000. Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна. - М.: Радио и связь, 2003. Проектирование радиопередающих устройств. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000. – 559 с. Проектирование радиопередающих устройств. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003. – 453 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||