Лабораторная работа №2 «исследование rc-автогенератора на полевых транзисторах» по дисциплине «Устройства генерирования и формирования сигналов»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»
Кафедра «Радиоэлектроника и телекоммуникации»
Лабораторная работа №2
«ИССЛЕДОВАНИЕ RC-АВТОГЕНЕРАТОРА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ»
по дисциплине «Устройства генерирования и формирования сигналов»
Выполнила:
студентка гр. б-РТХН21
Белова А.А.
Проверил:
доц. каф. РТ
Балакин М.И.

Саратов 2020 г


1.Нарисовать схему RC генератора с фазобалансной цепью

В этом генераторе усилитель собран на двух усилительных каскадах собранных на транзисторах VT1 и VT2. Нагрузкой этих каскадов являются резисторы R3 и R5. Напряжение смещения на транзисторы подается фиксированным током базы через резисторы R2 и R4. Элементы С1 R1 C2 R2 образуют фазобалансную цепь в цепи положительной обратной связи. Элементы С4 С5 являются разделительными конденсаторами. R6 С3 элементы фильтра питания.

1. 
   Объяснить назначение фазобалансной цепи. Изобразите ее АЧХ и ФЧХ.
   

В генераторах с четным числом усилительных каскадов нет необходимости использовать в цепи положительной обратной связи фазосдвигающие цепи. Для выделения колебаний требуемой частоты в выходном напряжении таких генераторов, в цепь обратной связи включают четырехполюсник, обладающий частотно-избирательными свойствами (фазобалансную цепь).

Построим входную АЧХ, задавшись несколькими частотами.

ω=0; ;
ω= ; ;
ω=∞; .

Построим входную ФЧХ, задавшись несколькими частотами.

ω=0; ;

ω= ; ;
ω=∞; .


3.Записать условие самовозбуждения.
Для процесса возбуждения и генерации колебаний часть их мощности с выхода усилителя по цепи положительной обратной связи подается на его вход. Говоря другими словами, подобное устройство «возбуждает само себя» и поэтому называется автогенератором с самовозбуждением.
Выражение для напряжения обратной связи на любой частоте генерации ω можно записать в виде
(1)
коэффициент передачи:

Тогда выходное напряжение

Или с учетом (1):

Автогенератор будет работать в стационарном режиме при условии:

Представим формулу следующим образом:
(2)
Здесь K и β – модули коэффициента усиления собственно усилителя (без цепи положительной ОС) и коэффициента передачи цепи положительной ОС; K и – фазовые сдвиги, вносимые соответственно усилителем и цепью положительной ОС на текущей частоте ω .
В теории автогенераторов выражение (2) принято представлять в виде двух равенств:
(3)
(4)
где — коэффициент усиления усилителя с обратной связью; n = 1,2,3,...
Соотношение (3) определяет условие баланса амплитуд в автогенераторе. Из него следует, что в стационарном режиме на генерируемой частоте коэффициент усиления усилителя с обратной связью равен единице, и имеет тот смысл, что для устойчивой работы автогенератора необходимо, чтобы поступление энергии в контур было бы равно энергии потерь за период колебаний.
Равенство (4) характеризует условие баланса фаз. Оно показывает, что в стационарном режиме суммарные фазовые сдвиги сигнала на частоте генерации, создаваемые усилителем и цепью положительной ОС, должны быть равны (или кратны) 2π т.е. подкачка энергии порциями через цепь обратной связи в контур должна осуществляться в фазе с собственными колебаниями в контуре. И физически означает тот факт, что обратная связь должна быть положительна. В схемах автогенераторов гармонических колебаний, работающих в стационарном режиме, соотношения (3) и (4) выполняются на одной фиксированной частоте , которая является резонансной для узкополосной колебательной системы.
Если
,
то амплитуда выходных колебаний будет непрерывно нарастать, что является необходимым условием самовозбуждения генератора.
Таким образом, условие самовозбуждения автогенератора имеет следующий вид:

В процессе самовозбуждения величина β не зависит от амплитуды колебаний, оставаясь постоянной величиной .Величина же К из-за нелинейности вольтамперной характеристики усилителя с ростом амплитуды уменьшается . Процесс генерации начинается с появлением в усилителе случайных колебаний малых амплитуд и продолжается до установления стационарной амплитуды выходного напряжения, когда амплитуда колебаний достигает постоянной величины.
Начальный и окончательный рост амплитуды напряжения, происходит по экспоненциальным законам.