Краткие теоретические сведения

Генератор – устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию электрических колебаний требуемой формы, частоты и мощности.

Генератор с внешним возбуждением (ГВВ) – устройство, работающее в вынужденном режиме, т.е. колебания на его выходе наблюдаются только при наличии колебаний от внешнего источника на его входе. ГВВ предназначены для усиления мощности, умножения частоты колебаний, осуществления АМ и ЧМ.

Автогенератор (АГ) – устройство, работающее в автоколебательном режиме, т.е. колебания на его выходе возникают без внешнего источника сигнала. Являются первоисточниками электрических сигналов различной формы.

Рисунок 8.5 – Структурная схема LC-автогенератора.

В момент включения источника питания в генераторе во всех цепях проходят кратковременные импульсы токов. Т.к. одиночный импульс образует сплошной спектр колебаний, частота одного из них обязательно совпадет с собственной частотой колебательной системы генератора. Это колебание возбудит колебательную систему, и по цепи обратной связи поступит на вход активного элемента, многократно усилится и «просуммируется» с существующими в колебательной системе колебаниями. Амплитуда колебаний при этом будет непрерывно возрастать.

Рисунок 8.6 – Процесс установления колебаний в АГ.

По мере роста амплитуды колебаний начинает проявляться нелинейность ВАХ активного элемента и усиление уменьшается. Нарастание амплитуды колебаний АГ замедляется, а затем и вовсе прекращается. Наступает стационарный режим.

Лабораторная работа № 9

ИССЛЕДОВАНИЕ RС – АВТОГЕНЕРАТОРА

Цель работы: исследовать условия самовозбуждения RС-автогенератора, АЧХ и ФЧХ.

Подготовка к выполнению работы

1 Изучить по [1] назначение, условия самовозбуждения, схемное построение и работу RС − автогенераторов.

2 Построить векторную диаграмму одного звена фазосдвигающей цепи, если она состоит из резистора, сопротивление которого R = 1,5 кОм, и конденсатора, емкость которого в микрофарадах равна порядковому номеру записи фамилии студента по списку в учебном журнале.

3 Подготовить бланк отчета.

4 Подготовить ответы на вопросы для самопроверки.

Вопросы для самопроверки

1 Дайте определение понятиям генератор и автогенератор.

2 Какие условия необходимы для возникновения колебаний в RС - автогенераторе? 

3 Укажите области применения RС-автогенераторов.

4 Укажите условия генерирования релаксационных колебаний.

5 Поясните назначение активного элемента в RС-автогенераторе.

6 Поясните недостатки LC-автогенераторов, которые обусловили применение RС-автогенераторов. На каких частотах могут работать RС-автогенераторы?

7 От каких радиоэлементов зависит частота, генерируемая RС-автогенератором?

8 Перечислите достоинства и недостатки RС - автогенераторов.

9 Перечислите схемы, по которым возможно построение RC-автогенераторов.

10 Укажите особенности RC-автогенераторов, выполненных по схеме моста Вина.

11 Нарисуйте принципиальную схему RC − автогенератора с фазосдвигающей цепочкой и поясните, как выполняются условия самовозбуждения.

Аппаратное и программное обеспечение

1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).

2 Графический манипулятор мышь.

3 Программа Electronics Workbench 5.12.

Порядок выполнения работы

1 Ответить на вопросы программированного допуска.

2 Получить инструктаж по технике безопасности.

ВНИМАНИЕ!Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.

3 Включить персональный компьютер и наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.

4 Открыть программу Electronics Workbench 5.12, согласно каталогу D:\Work\EWB512\WEWB32.exe. Получить изображение стандартного окна программы.

5 Собрать схему для проведения исследований (рисунок 9.1).

5.1 Щёлкнуть манипулятором мышь на изображение Instruments. Нажать левую клавишу манипулятора мышь на изображение измерителя амплитудно-частотных характеристик Bode plotter. Перемещая, манипулятор мышь по коврику, поместить Bode plotter на белый лист рабочего поля, отпустив клавишу.

5.2 Переместить генератор Function generator и остальные УГИ схемы (рисунок 9.1) на белый лист рабочего поля.

5.3 Соединить радиокомпоненты друг с другом. Для соединения их необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения.

5.4 Осуществлять двойной щелчок на радиокомпоненты схемы манипулятором мышь. Устанавливать в раскрывшихся таблицах номинальное значение радиокомпонентов схемы R1=1 Oм, R3=250 kOм/10% (% устанавливать для Setting), R2=10 kOм, E2=5 В, С1=1 мкФ, R4=100 kOм, R5=250 Oм, R6=500 kOм, C2=5 нФ, С3=9.5 нФ.

Рисунок 9.1 – Схема исследования RC-автогенератора

6 Исследовать условия самовозбуждения RС-автогенератора, получив АЧХ и ФЧХ автогенератора с разомкнутой цепью обратной связи, для этого:

6.1 Включить режим анализа схемы, нажав манипулятором мышь на изображение І включателя , расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.

6.2 Раскрыть лицевую панель измерителя Bode plotter двойным щелчком мыши.

6.3 Получить АЧХ на экране измерителя амплитудно-частотных характеристик Bode plotter, нажав манипулятором мышь на изображение Magnitude. Для наблюдения АЧХ изменять параметры манипулятором мышь вертикальной Vertical и горизонтальной Horizontal развёртки для амплитуды Magnitude, выбирая начальное І и конечноеF значение в dB или разах.

6.4 Используя визирную линию измерить коэффициент передачи, частоту максимального усиления, полосу пропускания, добротность (используя методику расчета аналогично лабораторной работе №8).

6.5 Получить ФЧХ на экране измерителя амплитудно-частотных характеристик Bode plotter, нажав манипулятором мышь на изображение Phase.

6.6 Рассчитать частоту, когда фаза равна нулю. Расчёт производить с помощью чёрной визирной линии расположенной слева экрана измерителя амплитудно-частотных характеристик Bode plotter.

6.7 Зарисовать АЧХ и ФЧХ в одном частотном масштабе.

7 Исследовать временную диаграмму генерируемого сигнала. Для этого:

7.1 Удалить измеритель амплитудно-частотных характеристик Bode plotter и генератор Functiongenerator. Для удаления необходимо щёлкнуть на их изображения в момент появления руки. Нажать клавишу Delete на клавиатуре.

7.2 Замкнуть цепь обратной связи, соединив вход и выход схемы. К выходу подключить осциллограф (см. схема на рисунке 10.2).

Рисунок 9.2 – Схема для наблюдения временных диаграмм генерируемых колебаний

7.3 Щёлкнуть два раза на изображение осциллографа манипулятором мышь, наблюдать временную диаграмму генерируемого сигнала на экране осциллографа.

7.4 Щёлкнуть изображение Expand осциллографа манипулятором мышь. Наблюдать временные диаграммы сигналов на расширенном экране.

7.5 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллогрфа переключателем «Время на деление» (Time base) – время, соответствующее наблюдению одного или двух периодов сигналов.

7.6 Установить переключателем «Вольт на деление» (V/div) – масштаб по оси амплитуд. Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временной диаграммы.

7.7 Зарисовать её в отчёт, рассчитать все параметры (амплитуду, период и частоту). Сделать выводы в сравнении с предыдущими опытами.

8 Обеспечить   автогенератору  режим  релаксационных  колебаний (импульсных колебаний), установив R4=1кОм. Получить временную диаграмму на экране осциллографа, используя методику пунктов 7.3 – 7.7.

9 Показать результаты выполнения работы преподавателю.

10 Сделать выводы.

11 Выключить оборудование.

12 Составить отчёт по работе.

Содержание отчета

1 Наименование и цель лабораторной работы.

2 Аппаратное и программное обеспечение лабораторной работы.

3 Схема электрическая функциональная автогенератора.

4 Результаты измерений, расчетов, наблюдений по пунктам 6,7,8.

5 Выводы по работе.

6 Ответы на контрольные вопросы (по заданию преподавателя).

Контрольные вопросы

1 Как улучшить форму генерируемых колебаний?

2 Как обеспечивается синусоидальная форма генерируемых колебаний в RС-автогенераторах?

3 Если максимальное усиление микровольтметра (Ку > 30) и нулевая фаза колебаний расположены на разных частотах, возможно ли возникновение колебаний?

4 Как влияет цепь отрицательной обратной связи на колебания RС-автогенератора?

5 Как влияет отрицательная обратная связь на форму генерируемых колебаний?

6 Можно ли построить RС-автогенератор на основе кварцевого резонатора?

Содержание зачета

Студент должен знать ответы на контрольные вопросы. Должен уметь проводить измерения, предусмотренные заданием на работу, и анализировать результаты измерений.

Литература

1 Шинаков Ю.С., Колодяжный Ю. М. Теория передачи сигналов электросвязи. − М.: Радио и связь, 1989. − С. 104... 107.

2 Андреев В. С. Теория нелинейных электрических цепей. − М.: Радио и связь, 1982. − С. 185... 188.

3 Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC − М.: Солон-Р, 1999. − С. 276…277.