ЛР _ РТ _ СВФ. Колебательный контур (КК)

• Название: Колебательный контур (КК)
• Дата: 06.05.2019
• Размер: 250.5 Kb.
• Имя файла: ЛР _ РТ _ СВФ.doc
• Тип: Документы; #76295

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР (КК)

Для гармонического сигнала действующее значение тока Iд = Iмак /_, (Iмак – максимальное значение тока), действующее значение напряжения

Uд = Uмак /_, действующее значение мощности Рд = Рмак /₂.

Элементы кк – резистор R – сопротивление не зависит от частоты

- конденсатор С – сопротивление обратно пропорционально частоте (уменьшается с ростом частоты)

- катушка индуктивности – сопротивление индуктивности прямо пропорционально частоте (растет с ростом частоты).

R – сопротивление – напряжение и ток находятся в одной фазе.

Емкость С – ток опережает напряжение на угол 90^о .

Индуктивность L - у идеальной емкости (нет R) – ток отстает от напряжения на угол 90^о . У реальной L (есть сопротивление R) угол меньше 90^о

КК – соединение элементов C,L и R. Если они включены последовательно – друг за другом – последовательный кК (см.рисунок), если C и L+R – включены параллельно - параллельный кк.

Характеристики кк



Резонанс – на резонансной (собственной) частоте ω_о = 1/_

- резкое увеличение уровня сигнала.
При изменении L и С резонансная частота меняется, при изменении R – не меняется (см.формулу).

На резонансной частоте сопротивление последовательного кк минимально и равно R, сопротивление параллельного контура – максимально.

Полоса пропускания 2 ∆ω – полоса частот, в пределах которой уровень сигнала уменьшается от максимума до 1/_ от максимума. 2 ∆ω = ωо/Q, где Q – добротность

Q = () /R . Другая формула для Q = ωо/ 2 ∆ω.

При включении дополнительного R добротность кк уменьшается, а полоса пропускания – увеличивается.

Избирательность – величина обратная полосе пропускания – если добротность выше, полоса пропускания меньше, избирательность выше.

Затухания – ослабление уровня сигнала ( как в качелях – у «хороших» –смазанных качелей затухание – ослабление колебаний – маленькое, у «плохих» - ржавых – затухание большое). Если добротность Q больше – колебания сохраняются дольше.

Примеры. Как изменится добротность Q при увеличении L – увеличится (см.формулу Q = () /R

Как изменится Q при увеличении С в 4 раза – уменьшится в 2 раза.

Как изменится ωо при увеличении L в 4 раза – уменьшится в два раза.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ




Выпрямитель используется для преобразования переменного тока в постоянный. Основа выпрямителя – полупроводниковый выпрямительный диод на основе p-n-перехода. Для получения p-n-перехода используют примесные полупроводники – из 3 группы т.Менделеева (акцепторная примесь) –п/п типа р, из 5 группы – (донорная примесь) –п/п типа n. Основное свойство выпрямительного диода – односторонняя проводимость. На p-n-переходе возникает падение напряжение – 0.3…0.7 В для кремниевого диода, 0.1…0.3 В – для германиевого. При положительном напряжении через диод протекает большой прямой ток - сотни миллиампер-единицы ампер, прямое сопротивление мало – десятки-сотни Ом, при отрицательном напряжении – малый обратный ток – сотни микроампер-единицы миллиампер, обратное сопротивление – велико - сотни килом. Рабочий участок выпрямительного диода область вольт-амперной характеристики между напряжением пробоя слева и максимально допустимым прямым током - справа характеристики.

Основные характеристики выпрямительного диода – максимально возможный выпрямленный ток (единицы ампер) и максимально допустимое обратное напряжение (сотни вольт-десятки киловольт).

Однополупериодная схема выпрямителя использует 1 диод, двухполупериодная схема использует 2 диода (схема трансформатора со средней точкой) или 4 диода – мостиковая схема. Недостаток однополупериодной схемы – больше коэффициент пульсаций и меньше (в 2 раза) выходное напряжение, диод в однополупериодной схеме работает в более тяжелом энергетическом режиме. Недостаток схемы с трансформатором с нулевой точкой – перед мостиковой схемой – сложнее конструктивно выполнить трансформатор, недостаток мостиковой схемы – сложно подобрать диоды с одинаковыми характеристиками, используют 4 диода.

Для сглаживания выпрямленного напряжения и уменьшения коэффициент пульсация используют фильтры (емкости) , при увеличении емкости – если параллельно конденсатору поставить такой же конденсатор - коэффициент сглаживания увеличивается, а коэффициент пульсаций – уменьшится. Коэффициент сглаживания при использовании фильтра больше, чем без фильтра (при отсутствии фильтра коэффициент сглаживания равен 1). Если чаcтота сети равна 50 Гц, пульсации на выходе однополупериодного выпрямителя имеют частоту 50 Гц, на выходе двухполупериодного выпрямителя – 100 Гц.

В режиме холостого хода напряжение на выходе выпрямителя достигает максимальной величины.

Стабилитрон в схеме выпрямителя используется для стабилизации выходного напряжения и защиты схемы от короткого замыкания. Рабочий участок стабилитрона – вертикальный участок - пробой при отрицательном напряжении. Стабилитрон изготавливают на основе кремния, так как стабилитрон на основе германия выходит из строя при пробое.

Если в выпрямителе включить два диода последовательно, максимально допустимое обратное напряжение увеличится в 2 раза, ток останется без изменения, если два диода включить параллельно – максимальный выпрямленный ток увеличится в 2 раза, обратное напряжение не изменится.

На входе выпрямителя стоит трансформатор – в большинстве схем для уменьшения переменного напряжения на вторичной обмотке, коэффициент трансформации меньше 1.

ТРАНЗИСТОРНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ





Основа усилителя – транзистор. Стрелка указывает на эмиттер, внутрь – p-n-p, «наружу» -n-p-n.

Основные характеристики усилителей – коэффициент усиления по току, допустимое обратное напряжение, граничная частота.

Используются 3 схемы включения транзистора с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором (признак – общий вывод «напрямую» замыкается на землю). Эти схемы обладают разными характеристиками

Схема включения	К-т усиления по току	К-т усиления по напряжению	Свойства
С общей базой	0,9…0.99(<1)	100…200	Лучшие частотные свойства
С общим эмиттером	100…150	100…200	Лучшие усилительные свойства
С общим коллектором	100…150	0.9…0.95 (<1)	Трансформатор сопротивления

Для уменьшения к-та нелинейных искажений выбирают рабочую точку в середине линейного участка вольт-амперной характеристики усилителя. Недостатки – уменьшение кпд за счет большого значения постоянного тока.

При выборе рабочей точки в середине линейного участка вольамперной характеристики уменьшается кпд – за счет большой составляющей постоянного тока кпд не превышает 45%.

Cхема усилителя приведена в описании к лабораторной работе (на плакате).

конденсаторы С1 и С4 – разделительные, не пропускают постоянную составляющую тока

сопротивления R1 и R2 – для выбора рабочей точки на вольтамперной характеристике транзистора - делитель напряжения – напряжение питания коллектора –Еп (десятки вольт) делится – получают единицы вольт – на базу

R3 – сопротивление нагрузки

R4 – сопротивление отрицательной обратной связи по току – для повышения стабильности работы усилителя (нестабильность может возникнуть из-за изменения температуры).

С3 – для исключения прохождения переменной составляющей тока через R4

С4-R5 – для уменьшения нелинейных искажений (фильтрация гармоник высшего порядка)

При изменении полярности питания необходимо поменять тип транзистора – на противоположный транзистор р-n-p – на транзистор n-p-n или наоборот
Ограничение частотных свойств происходит из-за влияния паразитных емкостей, которые на высоких частотах обладают малым сопротивлением

Основные преимущества полевого транзистора перед биполярным – согласование входного и выходного сопротивлений и лучше частотные свойства (выше частоты) из-за того, что используются носители одного знака
Напряжение на транзисторе (коллекторе) – десятки вольт: 15-30 В.

ИССЛЕДОВАНИЕ МУЛЬТИВИБРАТОРА
Мультивибратор (МВ) – генератор множества колебаний, он формирует прямоугольные импульсы – на коллекторе транзистора и пилообразные – на базе.




В МВ применяют положительную обратную связь – часть энергии подводится с выхода устройства на его вход в фазе. Положительная обратная связь приводит к увеличению коэффициента усиления и уменьшению полосы пропускания. При отрицательной обратной связи часть энергии подводится с выхода устройства на его вход в противофазе. Отрицательная обратная связь приводит к уменьшению коэффициента усиления и увеличению полосы пропускания. Транзисторы в МВ выполняют функцию электронного ключа. При изменении знака питающего напряжения необходимо поменять транзисторы на комплиментарные (противоположной полярности). Резисторы в цепи коллектора R1 и R4 применяют для защиты транзисторов от пробоя при включении/выключении питания.

Автоколебательному МВ не требуется внешнего воздействия для генерации, он имеет два квазиустойчивых состояния, ждущему МВ для начала генерации требуется внешнее воздействие – одиночный импульс короткой длительности, он имеет одно квазиустойчивое состояние.

При увеличении R и C период колебаний возрастает, частота – уменьшается, при уменьшении R и С – период уменьшается, частота – увеличивается. При увеличении напряжения питания период увеличивается, частота – уменьшается, так как конденсаторы заряжаются до большей величины, а, значит, и дольше разряжаются.

Симметричным называют МВ, у которого R2=R3 и С2=С4. Длительность импульса tи = R2С2. Период Т = 1.4 R2С2 или 1.4 R3С4 , частота Fимп = 1/1.4R3C4.

Если на ждущий мультивибратор подать напряжение питания и 3 импульса запуска, на выходе получится 3 импульса прямоугольной формы, если подать 6 импульсов запуска – на выходе 6 импульсов. Если подать только импульсы запуска (без напряжения питания), колебаний не будет.

МВ на интегральных микросхемах имеют недостаток – требует двухполярного напряжения питания.