close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

lab 5

код для вставкиСкачать
 Лабораторная работа № 5
Исследование автономных генераторов
Цель работы: изучение процессов в автономных LC - генераторов на электронной лампе и транзисторе при работе в мягком и жестком режиме возбуждения, снятие колебательных характеристик и линий обратной связи.
1.Краткие теоретические сведения [1-4]
Под автоколебательной системой или автогенератором подразумевается первичный источник колебаний, работающий в режиме самовозбуждения. Любой автогенератор представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию колебаний. Независимо от вида и назначения генератора должен иметь: источник питания, усилитель и устройство обратной связи причем связь должна быть положительной.
Обобщенная структурная схема автогенератора с внешней обратной связью приведена на рис. 5.1 и содержит активный усилительный элемент (лампу или транзистор), частично-избирательную колебательную систему (обычно с колебательным LC- контуром) и цепь обратной связи (с трансформатором или др.). Активный элемент с колебательной системой (контуром) образует нелинейный избирательный усилитель, коэффициент усиления которого на резонансной частоте зависит от амплитуды входного сигнала (уменьшаясь обычно с её ростом (см. рис. 5.2)).
Причиной возникновения автоколебаний в генераторах обычно являются флуктуации, всегда существующие в элементах реальной схемы. Так токи, протекающие в активном элементе, всегда флуктуируют из-за наличия дробового эффекта. Другими источниками подобных (обычно весьма слабых) колебаний являются тепловой движение электронов в приборах и резисторах, флуктуации токораспределения в транзисторах и т.д. Из-за этих явлений токи и напряжения во всех элементах схемы генератора даже при постоянстве питающих напряжений быстро изменяются случайным образом. Спектр этих колебаний близок по характеру к т.н. "белому шуму", т.е. содержит компоненты практически любых частот. Представим, что такие флуктуации появились в напряжении на входе активного элемента АЭ (например, при включении питания). Они вызовут колебания тока на выходе АЭ и на выходе колебательной системы (в контуре) появится напряжение , причем, наибольшую величину в нем будут иметь компоненты с частотами, близкими к резонансной частоте . Это напряжение через цепь обратной связи ОС передается обратно на вход АЭ . Если какая-то компонента окажется в фазе с первоначальной компонентой в той же частоты и притом будет иметь большую амплитуду, она вызовет большее изменение выходного тока АЭ и, соответственно, дельнейшее возрастание величины и, как следствие, возрастание . Таков механизм самовозбуждения колебаний в автогенераторе с частотой , близкой к , в процессе которого амплитуды колебаний и возрастают. Этот процесс имеет место. Если на частоте коэффициент передачи напряжения по замкнутой цепи генератора больше единицы. Представляя последний в виде произведения коэффициента усиления и коэффициента обратной связи (поскольку при подключении выхода цепи ОС ко входу усилителя, как показано на рис. 5.1), получим условие, необходимое для нарастания колебаний (условие возбуждения):
(5.1)
Благодаря весьма значительной (как правило) добротности контура в колебательной системе генератора, она обладает большой избирательностью. Поэтому, даже тогда, когда выходной ток АЭ сильно отличается от синусоидального из-за нелинейности АЭ, напряжения на входе и на выходе АЭ оказывается почти синусоидальным (близким к их первым гармоникам). Это позволяет использовать для работы LC- автогенераторов квазилинейный метод, который заключается в замене соотношений между токами и напряжениями в схеме соотношениями между их первыми гармониками. Их можно характеризовать комплексными амплитудами ( и ), связанными между собой комплексными уравнениями (как (5.1) и др.). Решая последние, можно определить условия самовозбуждения, амплитуду и частоту стационарных колебаний, исследовать переходные процессы и т.д.
С увеличением амплитуды колебаний в генераторе (см. рис.5.1) после его самовозбуждения всё сильнее сказывается нелинейность АЭ: при достаточно больших амплитудах происходит уменьшение коэффициента усиления (как показано на рис.5.2) При некотором значении амплитуды уменьшается до значения, при котором полный коэффициент передачи напряжения (по замкнутой цепи генератора) становится равным единице:
(5.2.)
В автогенераторе устанавливается стационарный динамический режим с постоянной амплитудой и частотой . При этом энергия, расходуема в пассивных элементах схемы и в нагрузке, оказывается раной отдаваемой АЭ на частоте . Таким образом, стационарные колебания в автогенераторе с постоянной амплитудой устанавливаются только при наличии в нём нелинейного элемента АЭ.
Уравнение стационарного режима (5.2) при замене комплексных и их модулями и аргументами ( ) можно представить в виде двух уравнений (баланса амплитуд и фаз):
(5.3.)
(5.4.)
где n = 0,1,2...- целое число.
Из уравнения баланса амплитуд (5.3) (оно нелинейное из-за зависимости от , как показано на рис. 5.2) находят амплитуду стационарных колебаний , а из уравнений баланса фаз (5.4) - частоту (обычно в автогенераторе с высокодобротным LC - контуром).
Простая схема автогенератора на электровакуумном триоде с трансформаторной обратной связью и колебательным контуром в цепи анода лампы приведена на рис. 5.3. Для этой схемы (на лампе, включенной по схеме с общим катодом) анодное напряжение (здесь S - крутизна лампы, а Rko - сопротивление Zk контура LA, CA на резонансной частоте ) оказывается противофазным входному напряжению на сетке лампы . Поэтому коэффициент усиления в (5.1) и (5.2) получается отрицательным: , как и коэффициент обратной связи, который также должен быть отрицательным: . Из этого следует, что напряжение, подаваемое по каналу обратной связи на сетку лампы должно быть противофазным (т.е. должно получить дополнительный фазовый сдвиг на 1800 относительно ). Это достигается в схеме на рис. 5.3 путем соответствующего подключения катушки связи Lс к сетке и катоду лампы. Для этой схемы получается независящим от частоты .
Анодный ток в лампе является, в общем случае, функцией управляющего напряжения (5.5)
где S - крутизна лампы, а D - её проницаемость.
Подставляя в (5.5) амплитуды первых гармоник , и , получив выражение для и подставляя его в (5.2) получим комплексное уравнение автогенератора:
(5.6)
где Zk - сопротивление контура (оно комплексное в общем случае, но на резонансной частоте является вещественным и имеет максимальное (по модулю) значение ), а - средняя (по первой гармонике) крутизна лампы, величина которой зависит от амплитуды Uc (уменьшаясь с ростом в силу нелинейности лампы, что приводит к уменьшению на рис. 5.2). В общем случае величина будет тоже комплексной (), что означает наличие фазового сдвига между и (из-за наличия высших гармоник в токе и из-за инерционности лампы, которая проявляется на высоких частотах). Из (5.6) можно получить выражение для , известное, как условие Баркгаузена стационарного режима генератора. В выражении (5.6) можно считать , что не меняет характера основных зависимостей.
Из комплексного уравнения (5.6) можно получить (представляя комплексные величины в показательной форме) уравнения баланса амплитуд и фаз для лампового генератора с колебательным LC контуром в анодной цепи трансформаторной обратной связью, схема которого представлена на рис. 5.3:
, (5.7)
(5.8)
Поскольку в уравнении баланса фаз каждый из слагаемых фазовых сдвигов зависит от частоты по-разному, в большинстве схем автогенераторов существует лишь одна частота, на которой выполняется условие баланса фаз (т.е. сумма всех фазовых сдвигов в отдельных узлах генератора равна нулю или целому числу периодов 2), т.е. частота, на которой возможно генерирование автоколебаний, . Т.о. из условия баланса фаз определяется частота генерации . В схеме на рис. 5.3 (т.е. сдвига фаз в АЭ не происходит), тогда и , и =. Если же имеется небольшой сдвиг фаз в АЭ , то частота генерации должна настолько отличаться от , чтобы возникающий в контуре фазовый сдвиг полностью компенсировался : .
Условие баланса амплитуд (5.7) для схемы на рис. 5.3 преобразуется к более удобному (для данной лабораторной работы) виду, используя определение и полученное выше выражение для и разделяя нелинейную и линейную части:
, (5.9)
где зависимость или называется колебательной характеристикой и приведена на рис. 5.5 для разных режимов работы генератора. На рис.5.5 приведены соответствующие характеристики средней крутизны , а на рис. 5.7 - характеристики возбуждения для этой схемы АГ.
Различают два режима возбуждения АГ: "мягкий" и "жесткий", которые получаются при разных значениях постоянного напряжения смещения в АЭ. Так, при выборе на участок вольт-амперной характеристики (ВАХ) АЭ, соответствующем максимальной величине крутизны S (например, при на диаграмме ВАХ на рис. 5.4), колебательная характеристика (кривая 1 на рис. 5.5а) получается выпуклой, при этом уменьшается с ростом амплитуды (аналогично на рис.5.2) и режим возбуждения - мягким. При этом зависимость стационарной амплитуды автоколебаний от величины взаимной индуктивности (и, соответственно, от коэффициента связи ) получается такой, как на рис.5.7а). При этом колебания возникают при величине , (5.10)
где S - крутизна ВАХ АЭ (локальная) в рабочей точке при выбранной величине (в частности при на рис. 5.4 будет при ). С ростом величины величина амплитуды плавно нарастает (прямой ход), а при последующем уменьшении М так же плавно убывает (обратный ход повторяет прямой ход этой зависимости) до нуля при . Величина может быть определена по графикам колебательных характеристик на рис. 5.5а) или характеристик средней крутизны (на рис. 5.6а) по точкам пересечения их линиями обратной связи ОС (точки на рис. 5.5). Последние представляют собой прямые линии, соответствующие линейным частым уравнений баланса амплитуд (5.7) и (5.9), которые проходят через начало координат на рис. 5.5 или являются горизонтальными на рис. 5.6 и наклон которых на рис. 5.5 или вертикальный уровень на рис. 5.6 соответствует различным значениям (и, соответственно, ). Так, линия ОС ОВ на рис. 5.5а) соответствует горизонтальной линии для на рис. 5.6а) и точке при , в которой начинают возникать автоколебания. А линия ОС 2 и линия ОА (на рис. 5.5а) соответствуют середине зоны генерации (например, линиям при () и (или ) на рис. 5.6а) и соответствующим точкам на рис. 5.7а).
Жесткий режим возбуждения получается при выборе рабочей точки на нижнем изгибе ВАХ АЭ (при величине близкой к напряжению отсечки в начале ВАХ). При этом колебательная характеристика получается вогнуто-выпуклой (как на рис. 5.5б), а характеристика средней крутизны имеет вид, показанный на рис. 5.6.б). При этом характеристика возбуждения (показанная на рис. 5.7б) имеет гистерезисный характер. С увеличением величины М колебания возникают при скачкообразно сразу с большой амплитудой и дальше плавно увеличивается с ростом (прямой ход зависимости от величины ). При последующем уменьшении величины (и, соответственно, ) срыв колебаний (при обратном ходе на рис. 5.7б) происходит также скачкообразно при другом значении . При промежуточном значении автоколебания не возникают (при включении питания в генераторе) или же могут возникнуть при каком-нибудь внешнем воздействии (например, при подаче на сетку лампы в схеме АГ кратковременного положительного импульса с достаточной амплитудой ).
Каждый из рассмотренных режимов имеет свои достоинства и недостатки. Основным достоинством мягкого режима является плавное изменение стационарной амплитуды при изменении (и ), а недостаток заключается в низком значении к.п.д. (из-за работы усилителя на АЭ в неэкономичном режиме класса А при величине к.п.д. менее 50%). Достоинством жёсткого режима самовозбуждения является его экономичность (при работе АЭ в режиме с отсечкой тока, когда к.п.д. может быть увеличен до 80%, например). Недостатком жёсткого режима является скачкообразное появление и срыв автоколебаний (при изменении ) и невозможность получить колебания с малой амплитудой.
Достоинства мягкого и жесткого режимов можно объединить в схеме генератора с автоматическим смещением (с элементами Rc и Cc в схеме на рис. 5.3), работа которой поясняется диаграммами на рис. 5.4. При возникновении колебаний (при , что соответствует мягкому режиму) с ростом их амплитуды из-за нелинейности входной характеристики в цепи сетка-катод лампы будет происходить детектирование. В результате этого на резисторе Rc появится постоянное напряжение (отрицательное на сетке относительно катода, величина которого пропорциональна амплитуде автоколебаний и соответствует жесткому режиму). Особенностью работы схемы генератора с автосмещением является то, что начало процесса генерации (после включения питания) соответствуют мягкому режиму, а установившийся процесс генерации соответствует жёсткому режиму (более экономичному). В данной лабораторной работе мягкий режим возбуждения реализуется именно при введении в схему генератора цепочки автономного смещения (как на рис.5.3).
На рис. 5.5 стационарным режимам соответствуют точки пересечения колебательных характеристик (или характеристик с линиями обратной связи (это точки 0, соответствующие состоянию равновесия), при этом и точки С и D (на рис. 5.5б), соответствующие динамическим режимам с различными значениями стационарной амплитуды колебаний). В каждой из этих точек выполняется условие баланса амплитуд, но не каждый из этих режимов может быть реализован. Реально получен может быть только устойчивый режим.
Для проверки (качественной) устойчивости состояния равновесия (точек О на рис.5.5) предположим, что за счет какого-либо возмущения возникло колебание с небольшой амплитудой ( на рис.5.5а). Это вызовет появление тока с амплитудой , определяемой по колебательной характеристике. Этот ток, в свою очередь, создаст напряжение на входе АЭ с амплитудой , определяемой по линии ОС (при этом >), что вызовет дальнейшее увеличение тока и т.д. В итоге, амплитуда случайно возникшего колебания будет возрастать, т.е. состояние равновесия будет неустойчивым. Аналогично можно провести проверку устойчивости точек С (на рис. 5.5а) и б)) и точки D на рис. 5.5 б) и убедиться, что динамический режим, соответствующий точкам С, является устойчивым, а режим, соответствующий точке D (на рис. 5.5б), является неустойчивым.
Приведённые качественные оценки устойчивости стационарного динамического режима автогенератора можно заменит аналитическим критерием устойчивости. Записав выражение для колебательной характеристики через : и продифференцировав это выражение по , получим:
(5.11)
Стационарный режим будет устойчивым, если положительные приращения амплитуды будут затухать со временем, т.е. будет . При этом должно быть
(5.12)
Таким образом, стационарный динамический режим будет устойчивым, если в точке пересечения колебательной характеристики и линии ОС крутизна колебательной характеристики меньше крутизны ОС (как в точке С на рис. 5.5 а) и б), и, соответственно (на рис. 5.6 а) и б). В соответствии с этим критерием режимы, соответствующие точкам равновесия (т. О на рис. 5.5 а) и б) и стационарный динамический режим с меньшей амплитудой , соответствующий точке D (на рис. 5.5б), являются неустойчивыми, что подтверждается на практике.
Устойчивость стационарного режима может быть нарушена в генераторе с автосмещением при неудачном выборе величин элементов и (при большой величине постоянной времени в схеме на рис. 5.3). При этом возникает явление прерывистой генерации, состоящее в периодическом прекращении и возникновении колебаний [4]. Также и в жёстком режиме при не очень удачном выборе постоянного напряжения смещения (меньшего по величине, чем необходимо) в начале зоны возбуждения (при ) в генераторе возникает явление самомодуляции, когда амплитуда стационарных колебаний периодически изменяется. Причиной этого явления в таком "полужёстком" режиме может быть, например, более сложная форма колебательной характеристики (чем показанные на рис. 5.5б) с большим числом точек перегиба (подобных точке D). Последнее явление можно наблюдать экспериментально в данной лабораторной работе.
В работе также предусмотрена возможность экспериментального определения колебательных характеристик с линиями обратной связи (как на рис. 5.5 а) и б) и характеристик возбуждения (подобных рис. 5.7 а) и б) для мягкого (с автосмещением) и жесткого (с внешним смещением ) режимов АГ с трансформаторной ОС (аналогично схеме на рис. 5.30).
Фазовые портреты колебаний автогенератора.
Фазовыми портретами колебаний исследуемых систем называют совокупность фазовых траекторий, определяющих характер процессов в системе при любых начальных условиях [1], на фазовой плоскости с координатами и (где, например, ). На рис. 5.8 а) изображен фазовый портрет колебаний генератора в мягком режиме, соответствующий величине (на рис. 5.6а), или для линии 2 на рис. 5.5а). При этом в генераторе возможны два стационарных состояния: равновесия (точка О на рис. 5.5а) и стационарных периодических колебаний (точка С). Для этого режима дифференциальное уравнение второго порядка генератора можно записать в виде системы двух уравнений первого порядка:
, , (5.12)
где - эквивалентное затухание контура (с учетом действия положительной ОС), (здесь - коэффициент аппроксимации ВАХ АЭ (укороченным кубическим полиномом)). Фазовая скорость (т.е. скорость перемещения изображающей точки по фазовой траектории) при этом, выражаемая через скорости изменения коэффициента будет:
. (5.13)
Координаты особых точек (состояний равновесия) определяются из условия . В правой части (5.13) оба подкоренных слагаемых положительны (т.к. являются квадратами величин), поэтому единственная особая точка (и ) соответствует началу координат. При малых (при ) эта особая точка имеет характер неустойчивого фокуса, т.е. фазовые траектории около неё имеют вид раскрутившихся спиралей (это соответствует гармоническим колебаниям с нарастающей амплитудой). Устойчивые гармонические колебания со стационарной амплитудой (в точке С на рис. 5.5а) характеризуются устойчивым предельным циклом, который при надлежащем выборе масштабов (по осям y и x). Близок по форме к окружности. Учитывая, что колебания с очень большой амплитудой (превышающей ) являются затухающими (из-за , поскольку реальный источник питания в генераторе не может отдавать энергию, необходимую для поддержания таких колебаний), получаем фазовый портрет со спиралеобразными фазовыми траекториями, "накручивающимися" на устойчивый предельный цикл (он выделен более жирной кольцеобразной линией на рис. 5.8а).
Генератор в жестком режиме при (на рис. 5.6б) или для линии 2 на рис. 5.6б) обладает тремя стационарными режимами и его фазовый портрет (на рис. 5.8 б) характеризуется следующими особенностями: а) состояние равновесия, соответствующее началу координат (точка О на рис. 5.5 б), является устойчивым; стационарные колебания с меньшей амплитудой - неустойчивые, а с большей амплитудой - устойчивые; бесконечность - неустойчивость. Предельные циклы, соответствующие стационарным амплитудам и выделены на рис. 5.78 б) более жирными линиями, они разделяют на фазовой плоскости области с различным характером фазовых траекторий, соответствующих нарастающим и затухающим колебаниям. Эта фазовые портреты с устойчивыми предельными циклами можно наблюдать на экране осциллографа, подключая его входы Y и X к соответствующим точкам схемы генератора (на рис. 5.3), колебания в которых связаны соотношениями, аналогичными (5.12).
2. Лабораторная установка
Установка включает в себя лабораторный макет для исследования LС-автогенераторов (на лампе и транзисторе), связанный с лабораторным стендом ЛРС-1Г, и ряд измерительных приборов: измерительный генератор (ИГ) гармонических колебаний, электронный вольтметр (ЭВ) и осциллограф (ЭО). Схема лабораторного макета представлена на рис. 5.9 и содержит электронную лампу Л1 и транзистор VT1, колебательный контур L2, C3 (+C6) в цепи анода Л1 (коллектора VT1), катушку обратной связи (ОС) L1, разделительные конденсаторы С1,С5, и блокировочные С2 и С4, резисторы автосмещения R1 (в цепи сетки Л1) и R3, R6 (в цепи базы VT1), защитный ("гасящий") резистор R2 в цепи анода Л1 и коллектора VT1). Последовательно с катушкой L2 в контуре введен дополнительно резистор Rк с малым сопротивлением (18 Ом). С которого можно снимать напряжение, пропорциональное потоку в катушке, которое сдвинуто по фазе на 90 градусов относительно напряжения на контуре (на L2), что позволяет получить на экране ЭО фазовый портрет колебаний в генераторе. Катушка ОС L1 может перемещаться относительно контурной L2 на расстояние Lсв (от 0 до 50мм), отмечаемое по шкале в правой верхней части макета при вращении ручки на правой боковой стенке макета. При этом изменяется величина Кос от максимального (при Lсв=0) до минимального (при Lсв=50мм) значений. Замыкая (и размыкая), соответствующие гнезда (1...28) на макете можно исследовать LC-генераторы в мягком и жестком режиме на лампе Л1 или транзисторе VT1. Питающие напряжения: анодное +Еа, сеточное - Ее (и коллекторное - Ек (она равна Ес) подаются в макет от блока питания (БП) стенд ЛРС-1Р. Вход ЭВ любого типа с большим Rвх 1МОм и более, например В3-38, В7-27 и вход Y ЭО (любого, имеющего еще и вход Х, например типа С1-76 или др.) подключаются параллельно контуру (к гнездам 25,26 и 22,23 соответственно), а вход Х ЭО подключается к гнезду 29. ИГ должен иметь изолированные от корпуса выходные клеммы и перекрывать диапазон ультразвуковых частот (примерно от 59 до 200 кГц), например, типа ГЗ-109 или Г3-33 или др. Корпусные клеммы всех приборов и лабораторного макета должны быть соединены с корпусной клеммой БП стенда ЛРС-1, которая должна быть заземлена. Перед включением и подачей на макет питающих напряжений необходимо обязательно разомкнуть гнезда 17-20-24 (и 15-19-21) макета.
3. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
3.1 Изучить по рекомендованной литературе принцип действия лампового и транзисторного LC-автогенератора с трансформаторной обратной связью, методику расчета амплитуды автоколебаний по колебательным характеристикам в случае мягкого и жесткого режимов самовозбуждения, способы оценки устойчивости стационарного режима, фазовые портреты автоколебаний.
3.2 Изучить устройство измерительных приборов, используемых в работе ИГ, ЭВ и ЭО, правила подготовки их к измерениям и особенности эксплуатации в соответствии с техническими описаниями приборов и инструкциями по их эксплуатации.
3.3 Детально ознакомиться с лабораторным заданием, усвоить схемы замыкания и размыкания соответствующих гнезд макета для выполнения разных п.п. задания.
3.4 Подготовить материалы для отчета (титульный лист, схемы, краткие т.д. приборов, необходимые для работы, таблицы для экспериментальных данных и др.), а также ответы на все контрольные вопросы.
4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ
4.1 Подготовка лабораторной установки к работе
Соединить гнезда "корпус" всех приборов, включая блок питания стенда ЛРС-1Р с подключением к нему макета LC-генератора, из которого должны быть, вынуты все короткозамыкатели. После этого включить все приборы в сеть и подготовить их к работе в соответствии с инструкциями по эксплуатации (ИЭ). Установить на блоке питания стенда ЛРС-1Р напряжение питания анода (для лампы Л1 макета) Еа=100В и напряжение смещения Ес и питания коллектора (для транзистора VT1) Ес=Ек=-12В. 4.2 Характеристики возбуждения лампового генератора
Замкнуть цепь положительной обратной связи (замкнуть гнезда 13-16 и отключить ИГ) и снять зависимость амплитуды колебаний в контуре от величины коэффициента связи (от Lсв)- характеристики возбуждения Vк=F(Lсв) для случаев мягкого и жесткого режима самовозбуждения. Для реализации мягкого режима нижний конец катушки L1 заземляется через замыкаемые гнезда 10-14, а верхний подключается последовательно с цепочкой автосмещения С1 и R1 к сетке лампы (при этом нужно закоротить гнезда 5-6). Для реализации жесткого режима верхний конец катушки L соединяется с сеткой лампы непосредственно (минуя конденсатор С1 через замкнутые гнезда 5 и 7), а нижний конец замыкается на гнездо - Е через замкнутые гнезда 9-14, т.е. должен быть подключен к катоду лампы Л1 последовательно с источником внешнего смещения - Ес.
4.3 Временные диаграммы
Одновременно с выполнением п.1.2 снять осциллограммы напряжений на аноде и сетке лампы при нескольких значениях коэффициента обратной связи для случаев мягкого и жесткого режимов самовозбуждения.
4.4 Фазовые портреты колебаний
При тех же значениях коэффициента связи, что и в п.4.3 получить на экране осциллографа и зарисовать фазовые портреты автоколебаний в мягком и жестком режимах. Для этого на вход "Х" осциллографа (работающего с выключенным генератором развертки) подать напряжение с добавочного резистора Rк, включенного последовательно с катушкой L2 контура (гн. 29), а на пластины "Y"- напряжение непосредственно с контура (гн. 22 или 25).
4.5 Снятие колебательных характеристик. Собрать (при помощи короткозамыкателей) схему лампового LС-генератора для снятия колебательных характеристик, подключив выход ИГ к сетке лампы, а вход ЭВ - параллельно контуру в аноде лампы. Цепь положительной обратной связи при этом должна быть разорвана (разомкнуты гнезда 13-16). Снять колебательные характеристики лампового LC-генератора Uк=F(Uc) для мягкого и жесткого режимов. При этом в случае мягкого режима выход ИГ подключается между катодом и сеткой лампы генератора последовательно с цепочкой автосмещения С1, R1 к гнездам 12 и 10 (или 3) при замкнутых гнездах 5-6. В случае жесткого ИГ, отсоединенный от клеммы корпус, подключается непосредственно между сеткой к гнезду 4 и катодом лампы (минуя цепь автосмещения) последовательно с источником напряжения автосмещения - Ес к гнезду 9 или 2. Для подачи Еа в цепь анода Л1 замкнуть гнезда 15-19 и 17-20 (только после всех остальных переключений в макете, в последнюю очередь). Частоту ИГ настроить на резонансную частоту контура на L2 (с подключенными к нему ЭВ и ЭО). Uвых ИГ изменять от 0 до уровня, при котором Uк превысит (немного) величину Uкр в п.4.2.
4.6 Снятие характеристик обратной связи
Одновременно с выполнением п.4.5 снять характеристики обратной связи Uос=F(Uс), переключая ЭВ параллельно катушке L (к гнезду 16 при замкнутых гнездах 10-14), при значениях коэффициента связи между катушками L и L2 внутри зоны генерации в п.4.2 определить по колебательным характеристикам и линиям обратной связи амплитуду колебаний для каждого значения коэффициента связи стационарную амплитуду колебаний для каждого значения Lсв и сравнить ее с полученной экспериментально Uкр в п.4.2.
4.7 Самомодуляция и прерывистая генерация
Установить напряжение смещения Ес=-6В при работе в жестком режиме. Получить при некоторых значениях коэффициента связи режим прерывистой генерации и самомодуляции. Снять осциллограммы напряжений на сетке и аноде лампы, а также фазовые портреты автоколебаний для этих случаев. Объяснить возможность возникновения эффекта самомодуляции и прерывистой генерации в LC-автогенераторе (в отчете).
4.8 Исследование автогенератора на транзисторе
Выполнить исследования по пп.4.2-4.7 для транзисторного генератора на VT1. Для этого для замыкания цепи ОС (в пп.4.2,4.3,4.4,и 4.7) нужно замкнуть гнезда 16-18 вместе с 10-14, а для подключения Ек в цепь коллектора VT1 нужно замкнуть гнезда 19-21 и 20-24 (после всех других переключений). Для выполнения пп.4.5 и 4.6 выход ИГ нужно подключать к гнездам 18 и 28 (или 3) при замкнутых гнездах 10-14. При этом величины измеряемых напряжений Vк, Uвых ИГ и др. в генераторе на VT1 будут значительно меньшими, чем в генераторе на Л1. Какой получится режим в транзисторном генераторе (мягкий или жесткий), нужно определить по результатам его исследования. 5. Методические указания
5.1. При выполнении переключений в лабораторном макете необходимо сначала размыкать гнезда в цепи питания (анода Л1 и коллектора VT1) 15-19-21 и 17-20-24, и только потом (на обесточенном макете) переключать другие гнезда (в цепи ОС, сетки Л1 и др.) и лишь затем опять замыкать вышеуказанные гнезда в цепи питания. Этот порядок необходимо соблюдать при выполнении всех п.п. задания во избежание перегрева и выхода из строя лампы Л1 и транзистора VT1.
5.2. При выполнении п.4.2 необходимо снять прямой и обратный ход зависимости Uкг от Lсв, имея ввиду, что в жестком режиме эта зависимость должна иметь гистерезный характер (этот гистерезис необходимо выявить путем многократного повторения эксперимента при необходимости).
5.3. При снятии колебательных характеристик (в п.4.5) в жестком режиме необходимо подключать клеммы выхода ИГ между сеткой Л1 (гнездо 4) и источником смещения - Ес (гнездо 8 или 9) при обязательном предварительном отсоединением этих клемм (выхода ИГ) от корпусной клеммы самого ИГ, во избежание выхода из строя источника напряжения - Ес в БП стенда ЛРС-1Р (при его закорачивании через клеммы выхода ИГ, если они не были отсоединены от корпусной клеммы).
5.4. При снятии осциллограмм в п.4.3 необходимо определить по ним значение периода Т (и частоты fг) генерируемых колебаний, которую нужно сравнить затем с резонансной частотой контура на L2 (с подключенными к нему приборами ЭВ и ЭО), на которую нужно настраивать частоту колебаний ИГ при снятии колебательных характеристик и линий ОС в п.4.5. При экспериментальном определении последних приходится переключать вход ЭВ из контура (гнездо 25) в цепь катушки ОС (гнездо 16 при закороченных гнездах 10-14). При отключении входа ЭВ от контура несколько изменяется его резонансная частота (из-за уменьшения полной емкости контура на величину Свх ЭВ и емкости соединительного коаксиального кабеля). Это изменение резонансной частоты следует компенсировать соответствующей подстройкой частоты ИГ или же (для исключения необходимости переключения ЭВ) использовать не один ЭВ, а два, подключенные один к контуру, а другой - к катушке L1 (гнезду 16) в цепи ОС.
5.5. При выполнении п.4.7 следует учитывать, что явления самомодуляции и прерывистой генерации возникают при LсвLкр (при очень плавном изменении расстояния между катушками Lсв вблизи точек срыва и возбуждения автоколебаний).
6. Указания к отчету
Отчет должен содержать: - цель работы и основные выражения (условия возбуждения и уравнения баланса амплитуд и фаз);
- схемы лабораторного макета с подключенными измерительными приборами для выполнения различных п.п. лабораторного задания;
- краткие технические данные используемых измерительных приборов, необходимых для определения величин измеряемых параметров и их погрешностей;
- таблицы с результатами измерений (и расчетов) в соответствии с п.п. лабораторного задания (с краткими названиями этих п.п. и величинами заданных параметров (Еа, Ес и др.));
- осциллограммы, фазовые портреты и графики снятых зависимостей с названиями и краткими пояснениями; - краткие выводы по работе с критическим анализом полученных результатов, сравнением их с положениями теории и объяснением возможных расхождений и несоответствий.
7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое автогенератор, каковы его обобщенная схема и принцип работы?
2. Чем похожи и чем отличаются условия возбуждения и условия стационарности, как из последнего получить уравнения баланса амплитуд и фаз?
3. Что такое колебательные характеристики и линии обратной связи (ОС), как определить по ним амплитуду генерируемых колебаний?
4. Чем отличаются колебательные характеристики в "мягком" и "жестком" режимах и как определить их (и линии ОС) экспериментально в данной работе?
5. Как выглядят характеристики возбуждения и как их определить экспериментально для "мягкого" и "жесткого" режимов в данной работе?
6. Что такое "фазовый портрет" автоколебаний и как его определить экспериментально в данной работе?
7. Как выглядят временные диаграммы и фазовые портреты автоколебаний гармонических, а также в режимах самомодуляции и прерывистой генерации? Какие причины могут вызвать такие режимы в LC-генераторе?
8. Как определить частоту генерируемых колебаний экспериментально в данной работе, и из какого уравнения можно найти эту частоту?
Литература:
1. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей6 Учеб. Пособие для вузов.- М.: Радио и связь, 1982.
2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд. - М.: Высш. шк., 2000.
3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов. - 50е изд. - М.: Дрофа, 2006.
4. Кушнир В.Ф., Ферсман Б.А., Теория нелинейных электрических цепей: Учебник для электротех. Институтов связи. - М.: Связь, 1974.
1
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
104
Размер файла
1 052 Кб
Теги
lab
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа