Основные узлы автогенератора и его структурные схемы
Основным узлом большинства автогенераторов гармонических колебаний является колебательный контур, а генераторы его содержащие называются автогенераторами LC типа.Вторым необходимым узлом автогенератора является источник энергии, который должен пополнять запасы энергии в колебательном контуре. Однако непосредственное подключение источника постоянного тока к контуру не приводит к возникновению незатухающих колебаний, так как для поддержания колебаний в контуре энергию необходимо подавать отдельными порциями синхронно с колебаниями тока в контуре. Для того чтобы в контур поступала пульсирующая энергия, требуется еще одно устройство — клапан(илирегулятор), управляющий поступлением энергии от источника постоянного тока в колебательный контур. Причем поступление энергии должно происходить синхронно с колебаниями электронов в контуре. Упрощенную схему такого автогенератора можно представить в следующем виде (рисунок 2). Здесь: LC– параллельный колебательный контур, в котором возникают колебания электронов;E– источник постоянного напряжения; К – клапан, регулирующий подачу энергии от источника Е в колебательный контур. Рассмотрим типичный механизм автоколебаний, возникающий в схеме. При кратковременном замыкании цепи с помощью клапана К LC-контур соединяется с источником напряжения Е и конденсатор С заряжается до напряжения источника. При размыкании цепи теперь уже в изолированномLC–контуре возникают свободные колебания электронов с собственной частотой
. 
Рисунок 2 – Схема для рассмотрения процессов незатухающих колебаний в автогенераторе LCтипа Однако так как в цепи имеется активное сопротивление катушки и подводящих проводов, то колебания будут затухающими, т.е. амплитуда напряжения (или тока) уменьшается со временем из-за неизбежных потерь энергии. Для получения незатухающих колебаний необходимо пополнение энергии LC– контура от источника напряжения. Для этого через некоторое времяt = T(T– период колебания электронов вLC– контур) с помощью клапана необходимо вновь кратковременно подключить источник к контуру и дозарядить конденсатор до напряжения источника. Далее процесс многократно повторяется. 
Рисунок 3 – Структурная схема LC-автогенератора гармонических колебаний Наиболее совершенными клапанами-регуляторами являются электронные лампы и транзисторы. Их работой управляет цепь обратной связи. Таким образом, структурную схемуLC-автогенератора гармонических колебаний можно представить в следующем виде (рисунок 3). Схемы автогенераторов гармонических колебаний в большинстве случаев строятся на базе узкополосных усилителей с положительной обратной связью. Обобщенная схема генератора в этом случае может быть представлена в виде двух четырёхполюсников (рисунок 4): 1) усилителя с коэффициентом усиления 
,(1) где: 
– комплексный коэффициент усиления усилителя по напряжению; 
и 
– входное и выходное комплексные напряжения усилителя, соответственно. 2) четырёхполюсника обратной связи с коэффициентом передачи 
(2) 
— комплексное напряжения обратной связи . 
Рисунок 4 – Обобщенная схема автогенератора Часть этой схемы, относящейся к усилителю, иногда называют К-цепью, а часть схемы, относящейся к цепи обратной связи – β-цепью. В свою очередь, узкополосный усилитель можно представить как устройство, состоящее из широкополосного усилительного элемента и избирательного по частоте четырёхполюсника. Тогда более подробную структурную схему автогенератора можно представить в виде каскадного соединения трех четырёхполюсников (рисунок 5). 
Рисунок 5 – Структурная схема автогенератора в виде трех четырёхполюсников Усилительный элемент представляет собой нелинейный четырёхполюсник -электронную лампу, транзистор, операционный усилитель и т.д. Амплитудная характеристика усилительного элемента U2 = f (U1) (зависимость выходного напряжения от входного) линейна лишь в области малых значений входных напряжений. В качестве избирательных по частоте четырёхполюсников могут быть использованы: LC – колебательный контуры, объемные резонаторы, пьезорезонаторы, RC – цепочки с резонансной зависимостью комплексного коэффициента передачи от частоты и др. В данной работе в качестве усилительного элемента используется полевой транзистор, а в качестве избирательного четырёхполюсника – параллельный колебательный LC – контур.
13.02.2015 10.79 Кб 22 TEST2.HTM
13.02.2015 10.29 Кб 23 TEST3.HTM
13.02.2015 1.45 Mб 105 ЛАБ. РАБ LC 1.docx
13.02.2015 2.42 Mб 81 ЛАБ. РАБ LC.doc
13.02.2015 24.58 Кб 25 Титул LC.doc
13.02.2015 59.84 Кб 30 Условие баланса амплитут.docx
Ограничение
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
1. Принципы работы автогенератора
В простейшем случае высокочастотные колебания можно получать с помощью обычного колебательного контура. Предположим, что контур получил от постоянного источника некоторый первоначальный запас энергии. При этом в нем возникают свободные (собственные) затухающие колебания. Чтобы сделать их незатухающими, необходимо все время пополнять запас энергии в контуре, поскольку часть её процессе колебаний необратимо преобразовать в тепло.
Реализовать источник энергии, необходимый для получения незатухающих колебаний в контуре, можно с помощью устройства рис. №1
Рис.№1. Структурная схема LC-автогенератора
Схема содержит усилительный элемент 1 (электронную лампу или транзистор), нагрузкой которого является колебательная система 2, например, колебательный контур с сосредоточенными параметрами. Часть напряжения с контура через цепь обратной связи 3 поступает на вход усилительного элемента. Устройство получает питание от источника напряжения 4.
Напряжение свободных колебаний, поступающих через элемент 3 на вход элемента 1, усиливается им и вновь подается на колебательную систему. Это напряжение должно быть после усиления достаточным для компенсации потерь в контуре. Кроме этого, цепь обратной связи должна вызывать такой сдвиг фазы колебаний, поступающих на вход элемента 1, при котором контур будет своевременно, т.е. в такт со свободными колебаниями в нем, получать энергию. При одновременном выполнении указанных условий данное устройство создает (генерирует) незатухающие колебания, т.е. представляет собой автогенератор.
1.2 Процесс самовозбуждения
В момент включения источника питания во всех цепях генератора проходят кратковременные импульсы токов. Так как одиночный импульс образует сплошной спектр колебаний, частота одного из них обязательно совпадает с собственной частотой колебательной системы генератора. Это колебание возбудит колебательную систему, и по цепи обратной связи на управляющий электрод усилительного элемента поступит напряжение данной частоты. Под действием этого напряжения выходной ток усилительного элемента станет изменяться с той же частотой. Переменная составляющая тока, проходя через колебательную систему, будет усиливать возникшие в ней колебания. Амплитуда колебаний будет нарастать до тех пор, пока энергия, поступающая в колебательную систему, станет равной энергии потерь, после чего схема переходит в стационарный режим, характеризующийся постоянной или стационарной амплитудой колебаний.
Если контуру сообщить некоторый первоначальный запас энергии, в нем возникают затухающие колебания. При подключении к контуру нагрузки, имеющий активное сопротивление, скорость затухания колебаний увеличивается, что свидетельствует об увеличении потерь в нем. Следовательно, можно считать, что если энергия потребляется от контура, в него как бы вноситься положительное активное сопротивление R+, увеличивающее сопротивление потерь контура Rп. Если же энергия поступает в контур, это эквивалентно уменьшению потерь в контуре, т.е. как бы внесению в него отрицательного активного сопротивления R-.
В колебательную систему автогенератора энергия поступает от усилительного элемента (отрицательное сопротивление) и одновременно потребляется цепью обратной связи и нагрузкой (положительное сопротивление). Следовательно, в колебательную систему вноситься некоторое эквивалентное сопротивление Rэк=R+ — R—. Если же знак этого сопротивления положительный (Rэк>0), потери в колебательной системе увеличиваются и колебания быстро затухают; если знак отрицательный (Rэк<0) и кроме этого 
< Rп, происходит частичная компенсация потерь и скорость затухания колебаний уменьшается. При Rэк> Rп энергия, поступающая в колебательную систему, больше энергии потерь, что приводит к непрерывному росту амплитуды колебаний. В стационарном режиме работы автогенератора отрицательное вносимое сопротивление становиться равным (по модулю) сопротивлению потерь колебательной системы. Это означает, что поступающая в неё энергия полностью компенсирует потери, вследствие чего амплитуда автоколебаний становится постоянной.
Автогенераторные устройства
Генератором электрических колебаний называется устройство, преобразующее энергию источника постоянного тока в энергию переменного тока требуемой формы. В зависимости от формы выходного напряжения различают: генераторы гармонических колебаний и генераторы негармоническихколебаний (импульсные или релаксационные генераторы). Не зависимо от формы выходного напряжения любой генератор может работать в одном из двух режимов: автоколебаний и запуска внешними импульсами. Генератор, работающий в режиме автоколебаний, обычно называются автогенератором. Выходное переменное напряжение формируется на его выходе сразу после подключения напряжения питания и не требует для начала работы подачи внешнего управляющего воздействия. Генераторы, работающие в режиме запуска внешними импульсами, после подключения источника питания могут долго находиться в устойчивом состоянии, не формируя выходное переменное напряжение. При подаче управляющего сигнала на вход такого генератора, на его выходе формируется выходной сигнал, параметры которого определяются собственными характеристиками устройства. Такой режим работы называют ждущим или заторможенным. Большое распространение получил ждущий режим, получивший свою реализацию в мультивибраторах. Мультивибратор – релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы, выполненный в виде усилительного устройства с цепью положительной обратной связи (ПОС). Различают два вида мультивибраторов: а) автоколебательные, которые не обладают состоянием устойчивого равновесия; б) ждущие, которые обладают одним состоянием устойчивого равновесия и поэтому часто называются одновибраторами. Автогенераторный режим работы применяется в устройствах, используемых в основном в качестве задающих генераторов, а ждущий – в устройствах, преобразующих форму импульсов к требуемому виду. Структурная схема автогенератора приведена на рисунке 10.14. 
Рисунок 10.14 – Структурная схема автогенератора Соединив два четырехполюсника, как это показано на рисунке 10.14, получим усилительное устройство со встроенным каналом обратной связи, обеспечивающим суммирование выходного сигнала четырехполюсника с коэффициентом передачи 
с входным сигналом четырехполюсника 
, то есть реализацию ПОС. Автогенераторы гармонических колебаний широко используют в измерительной технике. Различают следующие основные типы автогенераторов: низкочастотные (до 100 кГц); высокочастотные (от 100 кГц до 10 МГц) и ультравысокочастотные (свыше 10 МГц). Основными функциональными элементами автогенератора являются активный элемент, выполненный в виде усилительного устройства для обеспечения баланса амплитуд, и фазосдвигающая цепь, обеспечивающая баланс фаз. Простейший автогенератор гармонических колебаний может быть реализован на однокаскадном усилителе, снабженном цепью ПОС. Фаза выходного сигнала в транзисторном каскаде, выполненном по схеме включения с общим эмиттером (ОЭ), оказывается сдвинутой относительно входного на угол, равный π. В то же время баланс фаз требует сдвига фаз ΔΨ = 2 πnr(nr= 0, 1, 2…). Поэтому автогенератор на однокаскадном усилителе можно получить, если за счет внешней фазосдвигающей цепи обеспечить дополнительный сдвиг фазы выходного сигнала на угол равный π. В реальных автогенераторах такой фазовый сдвиг в каналах обратной связи осуществляют двумя способами: посредством магнитной (трансформаторной) связи, реализующей LC – схемы, и с помощью резистивно-емкостной связи в RC – схемах. Для реализации резистивно-емкостной связи в цепь ПОС можно включить RC – контур (Г-образную ячейку) (рисунок 10.15, а). 
Рисунок 10.15 – Резистивно-емкостная цепь (а), ее векторная диаграмма (б) и схема трехзвенной цепи ПОС (в) Для такой цепи фазовый сдвиг Δφ = π достигается только при ω→ ∞. Поэтому для получения Δφ = π на некоторой, отличной от бесконечности, частоте необходимо каскадно включать минимально две такие цепи. Полагая, например, 
и выбирая значениеХС= 1/ ωС = 
R, получаем сдвиг фаз (рисунок 10.15, б) |φ| = arctg 
= π/3. Поэтому для обеспечения требуемого φ = π используют, как показано на рисунке 10.15 в, трехзвенную комбинацию Г-образных ячеек. Для получения синусоидального выходного напряжения применяются генераторы, использующие в цепи ПОС колебательный контур (рисунок 10.16,а). 
Рисунок 10.16 – Схема последовательного колебательного контура (а) и переходной процесс изменения в нем тока (б) Включая колебательный контур в цепь ОС транзисторного усилительного каскада, и обеспечивая в системе баланс амплитуд и фаз, получаем автогенератор синусоидальных колебаний. На рисунке 10.17 приведена схема простейшего автогенератора с колебательным LKCK – контуром и взаимоиндуктивной обратной связью. В колебательном контуре, включенном в коллекторную цепь транзистора VT, под действием напряжения питания возникают затухающие синусоидальные колебания. Взаимоиндуктивная связь дросселей LCB и LK обеспечивает передачу сигнала обратной связи с дополнительным сдвигом фаз на угол φ = π, что позволяет обеспечить в схеме баланс фаз. 
Рисунок 10.17 – Схема автоколебательного LC-генератора Если параметры транзисторного каскада выбрать с учетом выражения
| | KU (ω 1) BU (ω 1)| = 1, | (10.9) |
где KU (ω) = U2 (ω)/ U1 (ω) – модуль коэффициента усиления на частоте ω; BU (ω) = 
(ω) /
(ω) – модуль коэффициента передачи на частоте ω, то в данной схеме будет выполнено и условие баланса амплитуд, что приведет к установлению устойчивых колебаний выходного напряжения.
| φК (ω 1) + φВ (ω 1) = 2 πk | (10.10) |
Условия (10.9) и (10.10) являются условиями самовозбуждения генератора, где (10.10) – условие баланса фаз, а (10.9) – условие баланса амплитуд. Элементы LФ и СФ, включенные в цепь питания транзистора VT, обеспечивают протекание переменной составляющей коллекторного тока VT, минуя источник питания UП. Рассмотренные LC – генераторы оказываются малоэффективными при низких частотах из-за необходимости применения в колебательном контуре катушки индуктивности и конденсатора с большими номиналами. Поэтому при низких частотах более предпочтительны автогенераторы RC – типа.
13.02.2018 145.97 Кб 54 mathlab_sokolova.docx
13.02.2018 12.2 Mб 34 matlab_karimova_docx_1.docx
13.02.2018 12.46 Mб 93 matlab_karimova_gulnaz_poslednyaya.docx
13.02.2018 156.16 Кб 38 mmca_zadachi.doc
13.02.2018 1.54 Mб 42 mmoptzad.doc
13.02.2018 4.11 Mб 1095 morozova_t_f_uchebnoe_posobie_elektrotehnika_i_elektronika.doc
13.02.2018 215.04 Кб 32 otchet-po-pedagogicheskoj-prakt_.doc
13.02.2018 32.76 Кб 30 otvety.docx
13.02.2018 40.07 Кб 35 otvety_mat_modelirovanie.docx
13.02.2018 1.05 Mб 33 otvety_na_voprosy (1).docx
13.02.2018 1.05 Mб 55 otvety_na_voprosy.docx
Ограничение
Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:
Обобщенная схема автогенератора
Из предыдущего рассмотрения следует, что схема автогенератора должна содержать активный элемент с нелинейной вольтамперной характеристикой, колебательную систему (в данном случае контур), внешнюю цепь положительной ОС, по которой колебание с выхода колебательной системы подается на вход активного элемента. Такие автогенераторы являются генераторами с внешней ОС; структурная схема построения таких генераторов приведена на рис. 3.
Заметим, что нелинейный активный элемент с колебательной системой образуют нелинейный резонансный усилитель. Поэтому можно представить обобщенную структурную схему автогенератора с разомкнутой цепью обратной связи. Комплексная передаточная функция всей цепи Hp(jw) = Uос(jw)/Uвх(jw) = Hу(jw)Hос(jw).
Для того чтобы в генераторе происходило самовозбуждение колебаний, необходимо, чтобы модуль комплексного напряжения | Uос(jw)| на выходе схемы был больше модуля комплексного напряжения | Uвх(jw)| на входе схемы, откуда
При приближении к стационарному режиму модуль комплексного коэффициента передачи усилителя | Hp(jw)| за счет влияния нелинейности начинает уменьшаться до тех пор, пока не наступит динамическое равновесие:
Это условие соответствует стационарному режиму и известно под названием баланса амплитуд. Фазовый сдвиг в разомкнутой цепи автогенератора
Баланс фаз, т. е. совпадение фаз напряжений на входе и выходе схемы, наступает при jp(w) = 2p. Таким образом, сдвиг фаз в цепи обратной связи зависит от сдвига фаз в усилителе и дополняет его до 2p. Если на частоте генерируемых колебаний усилитель вносит сдвиг фаз jу =2p, то цепь обратной связи должна на этой же частоте вносить сдвиг фаз jос(w) = p. В схеме автогенератора поворот фазы напряжения uос(t) на 180° достигается, как ранее отмечалось, соответствующим включением обмоток катушки индуктивности Lос.
Лекция 11
Трехточечные схемы генераторов
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: