Название: Лабораторные работы - (автор неизвестен)

Жанр: Гуманитарные

Просмотров: 1271


1.1. введение в принципы генерации

 

            Обратная связь (ОС) может быть положительной (ПОС) и отрицательной (ООС). Наличие ООС стабилизирует усилитель и несколько уменьшает коэффициент усиления. При введении ПОС усилитель в большинстве случаев становится нестабильным и возбуждается.

            Для превращения усилителя в генератор необходимо, чтобы обратная связь была положительной, а усиление достаточным для компенсации потерь в цепи ОС. Сигнал ОС на некоторой частоте должен совпадать по фазе с входным сигналом. Сигнал ОС на уровне шума обычно содержит составляющие, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 360о, и этого оказывается достаточно, чтобы усилитель начал генерировать.

            В зависимости от уровня ОС форма генерируемого выходного сигнала может быть близка к чисто синусоидальной. Если при возбуждении будут достигнуты условия отсечки или насыщения, то произойдут искажения и возникнут гармоники. Обычно в генераторах колебаний синусоидальной формы используются частотно-избирательные цепи ОС. Если на выходе необходимо получить сигнал на одной из гармоник основной частоты, то выходную цепь настраивают на частоту этой гармоники.

            Стабильность генератора - это его способность генерировать заданную частоту без дрейфа. Дрейф генератора определяется стабильностью его компонентов. Физические и электрические параметры компонентов изменяются в зависимости от температуры, давления, влажности, питающих напряжений и нагрузок. В наиболее стабильных генераторах применяются прецизионные резисторы, конденсаторы, индуктивности и кристаллы, а также принимаются меры по стабилизации питающих напряжений.

            Стабильность генератора в значительной степени определяется исходной стабильностью усилителя (рис.1), который используется для его создания, при этом в первую очередь необходимо иметь в виду температурную стабильность схемы подачи смещения. Коэффициент усиления должен позволять компенсировать потери в цепи ОС.

Рис.1. Усилитель со стабильным смещением  - основа схемы генератора

 

            Использование делителя в цепи базы позволяет повысить стабильность усилителя, при этом изменения hfе транзистора почти не влияют на рабочие характеристики каскада.  Постоянное  напряжение  коллектора практически стабильно. Собственная емкость и сопротивление транзистора также практически не изменяются, что обеспечивает постоянство генерируемой частоты.

            Если усилитель работает как генератор изменяющейся частоты, то режим транзистора по постоянному и переменному токам должен обеспечить необходимые изменения коэффициента усиления на высоких частотах. Усиление может варьироваться, например, за счет шунтирующего действия соответствующих емкостей транзистора. Выбор высокочастотных, качественных приборов существенно упрощает решение задачи.

            Элементы цепи ОС вызывают фазовый сдвиг, поскольку все реальные резисторы обладают некоторой индуктивностью и емкостью (но этот сдвиг практически невелик). Наиболее "очевидными" реактивными элементами являются емкость, индуктивности и кристаллы кварца. Диоды также обладают емкостью, зависящей от ширины обедненной области перехода при обратном смещении. Плоскостные диоды используются в качестве емкостей, управляемых напряжением. Все проводники (провода) создают распределенные емкости или (и) индуктивности, которые могут вызывать нежелательное возбуждение.

            RC, RL- и RLC-цепи создают сдвиг фазы, разный примерно 90о. Контур, показанный на рис.2.а, имеет емкостный характер, и напряжение на нем отстает   от  тока.    Фазовый   сдвиг   является   функцией  частоты,   поскольку

реактивное сопротивление емкости зависит от частоты, поэтому

                                              XC = 1 / 2 p f C ;                                                      (1.1)

                                           q = tg-1(XC / RC) ,                                                      (1.2)     

а максимальный сдвиг фазы составляет  - 90о .

Рис.2. Фазосдвигающие цепи : а) RC-цепь; б) RL-цепь;

в) RLC-цепь с последовательным резонансным контуром

 

            Для индуктивной цепи (рис.2,б) реактивное сопротивление индуктивности растет с увеличением частоты (и собственно индуктивности). Напряжение в этой цепи опережает ток, и фазовый угол между ними растет по мере увеличения частоты. Максимальный фазовый угол равен  + 90о, а

                                                 XL = 1 / 2 p f L ;                                                   (1.3)

                                                  q = tg-1 (XL / R) .                                                   (1.4)

В RLC-контуре на определенной частоте возникает резонанс (XL=XC) при этом ток в цепи ограничивается только активным сопротивлением контура (рис.2, в). Подобные контуры часто используются в цепях ООС для узкополосной режекции и в цепях ПОС для генерации. Резонансная частота

                                                  fr = 1 / 2 p                                                   (1.5)