Исследование транзисторного автогенератора
 Скачать 315 Kb.
|
i 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 автогенераторовНа 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 УСТАНОВКИРассмотрим 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 РАБОТЫПрежде чем приступить к выполнению работы, следует ознакомиться со схемой установки и измерительными приборами: универсальным осциллогра- фом С1-114 и частотомером Ч3-44. Подготовка макета к работе Подключить частотомер к клемме «F», осциллограф С1-114 - к клеммам «Осц.1» и «Осц.2», вход «U» вольтметра осциллографа – к клемме «Вольтметр» макета прибора. Переключатель П3 установить в положение «Iкo», переключатель П4 – в положение «Iк», переключатель «Модуляция» - в выключенное положение, пе- реключатель П2 установить в первое положение, что соответствует сопротив- лению нагрузки Rн=56 Ом. Ручки потенциометров «Ек», «Еб» и «Iб» должны находиться в крайнем левом положении. Включить макет и измерительные приборы в сеть. Исследование автогенератора, построенного по емкостной трехточечной схеме Переключатель П1 установить в положение «ЕТ». С помощью потенциометра «Ек» установить напряжение коллектора, равное 7 В. Изменяя смещение при помощи потенциометра Iб, получить на экране осциллографа изображение, соответствующее устойчивой генерации. При этом на экране будут наблюдаться последовательность импульсов коллекторного тока и переменное выходное высокочастотное напряжение (Umэ). Потенциометром Iб установить по форме импульса выходного тока (мак- симальная амплитуда и уплощение на вершине импульса) критический режим работы АЭ. Изменяя величину сопротивления нагрузки (переключатель П2) от 56 до 616 Ом, снять нагрузочные характеристики Iko, Umэ , f , P0 , P1, (Rн) . Выходное напряжение (Umэ) измерять по осциллографу, а постоянную составляющую коллекторного тока (IК0) измерять вольтметром осциллографа С1-114 с помощью специальной насадки. Значения Р0 , Р1, рассчитать по формулам: |