Архитектура электронного правительства: Единая архитектура – это методологический подход при создании системы управления государства, который строится...
Таксономические единицы (категории) растений: Каждая система классификации состоит из определённых соподчиненных друг другу...
Топ:
Марксистская теория происхождения государства: По мнению Маркса и Энгельса, в основе развития общества, происходящих в нем изменений лежит...
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Комплексной системы оценки состояния охраны труда на производственном объекте (КСОТ-П): Цели и задачи Комплексной системы оценки состояния охраны труда и определению факторов рисков по охране труда...
Интересное:
Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Дисциплины:
2017-06-02 | 345 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Ц е л ь п р о е к т а: ознакомиться с назначением и типами обратной связи, изучить принцип работы и условия самовозбуждения генератора, смонтировать и исследовать автогенератор высокочастотных колебаний (гетеродин).
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Обратная связь в усилителях
Рис. 1. Структурная схема усилителя с ОС
В этой схеме входные напряжения связаны соотношением
U вх = U ’вх + U св, а коэффициент передачи усилителя с обратной связью определяется выражением:
. (1)
Величина n = 1 – К ос× K 0 в (1) характеризует глубину обратной связи, а отношение К ос = U св / U вх определяет коэффициент передачи цепи обратной связи (0 < К ос < 1). В случае ООС значение n > 1 и
< K 0; случайПОС соответствует n < 1, когда > K 0. Приведем наиболее характерные примеры использования в усилителях положительной и отрицательной обратной связи. Рассмотрим схему с общим эмиттером, в которой сопротивление R б подключается не к источнику питания Е, как обычно, а к коллектору транзистора (рис. 2). В статическом режиме (U вх = 0) значение R б задаёт его рабочую точку (I б р ). В динамическом режиме изменение входного напряжения D U вх =D U бэ приводит к изменению тока базы D I б, а значит, тока коллектора D I к и выходного напряжения D U вых = D U кэ = .
|
Это изменение вызывает дополнительный ток базы , который создает соответствующее напряжение на входе каскада = ·D U кэ = .
Коэффициент обратной связи для данной схемы можно определить как = . При значениях b = 40, R б = 400 кW,
R å » R к = 2 кΩ величина К ос »0,2 (т.е. 0,2 U вых снова попадает на вход). Увеличение входного напряжения U вх приводит к росту тока базы I б и тока коллектора I к, а значит, к уменьшению напряжения U кэ, дополнительного тока и входного напряжения U вх. Таким образом, в этой схеме отрицательная обратная связь хотя и приводит к уменьшению усиления каскада, но вместе с тем она стабилизирует поло-жение рабочей точки, что поз-воляет, например, уменьшить нелинейные искажения вход-ного сигнала, возникающие при его усилении. Поэтому данный каскад получил назва-ние схемы коллекторной ста-билизации рабочей точки.
Использование цепи ООС позволяет получить более равномерную АЧХ усилителя (рис. 3), т.е. уменьшить и линейные искажения.
Таким образом, вве-дение ООС предотвра-щает или уменьшает ве-роятность возникнове-ния генерации в усили-телях, в то время как положительная обрат-ная связь, наоборот, приводит к увеличению усиления вплоть до самовозбуждения уси-лителя, т.е до превра- щения его в генератор.
Принцип работы генератора. Автогенератор
как усилитель с ПОложительной обратной Связью
В технике физического эксперимента и во многих областях радиотехники важное место занимают генераторы – устройства, предназначенные для получения (генерирования) электромагнитных колебаний, т.е. для преобразования энергии источника постоянного тока в электрическую энергию колебаний. В любой автоколебательной системе имеются два процесса – поступления и потерь энергии в ней. Незатухающие колебания могут возникать и в системе, где происходит компенсация потерь энергии, например, тепловых и на излучение. Поток энергии, поступающий в колебательную систему от источника постоянного тока, обязательно будет пульсирующим за счёт работы управляемого элемента - клапана (например, транзистора). Сам клапан автоматически управляется колебательной системой через цепь обратной связи, работающей в соответствующем режиме (рис. 4).
|
|
|
|
Рис. 4. Блок - схема автогенератора
Когерентные электромагнитные колебания, например, радиоволны, как правило, возникают в цепях, содержащих активные нелинейные элементы - электронные лампы или транзисторы. Если бы схема автогенератора содержала только линейные элементы, для которых выполняется закон Ома (I ~ U), то мощность, поступающая в систему Р + = I×U, была бы прямо пропорциональна квадрату напряжения U 2, как и мощность тепловых потерь P - в законе Джоуля-Ленца. Поэтому для линейной системы могут быть две возможности (рис. 5), каждая из которых не приводит к установлению определённой величины амплитуды автоколебаний.
P P
P - P +
P + P -
а) б)
U 2 U 2
Рис. 5. Энергетические превращения
в линейной колебательной системе: а) P - > Р + , б) P - < P +
Первая возможность (рис. 5а) соответствует случаю, когда мощность потерь P - при всех напряжениях U превышает величину Р +, что приводит к затуханию колебаний. Во втором случае (рис. 5б) мощность Р +, поступающая в систему, при всех значениях U больше, чем величина P - . Поэтому амплитуда колебаний должна бы неограниченно возрастать, что энергетически является невозможным. Наконец, если бы оказалось, что Р+ = Р-, т.е. обе прямые совпали бы во всех точках, то состояние системы было бы неустойчивым, т. к. при случайном изменении её режима она не вернулась бы в исходное состояние. Например, случайное увеличение P + привело бы к дальнейшему нарастанию амплитуды колебаний, что, конечно, опять энергетически невозможно,
т. к. мощность всякого реального источника ограничена. Таким образом, автоколебания со стационарной амплитудой возможны только в нелинейной системе, в которой мощность источника P + нелинейно зависит от квадрата амплитуды колебаний напряжения (рис. 6).
|
Р Р Р -
А Р - С Р +
PA Р +
Р +
Р -
В
а) U 2 б) U 2
Рис. 6. Энергетические превращения в нелинейной колебательной системе в:
а) мягком и б) жёстком режимах работы генератора
Если источник поступающей в систему мощности (например, транзистор) имеет характеристику Р + , изображённую на рис. 6а, то при его включении система сразу же самовозбуждается, т. е. колебания нарастают почти от нулевого уровня за счёт внутренних флуктуаций (тепловых, дробовых и фликкер-шумов), т.к. на начальном участке (при
малых U 2) P + > P -. В этом случае возрастание амплитуды колебаний происходит до установившегося значения UA (рис. 6а), которую графически можно определить единственным образом по точке пересечения А кривой Р + и прямой Р -. В этой точке P - () = P + (), т.е. потери компенсируются поступающей от источника энергией.
Если реализуется зависимость Р + (U 2), изображённая на рис. 6б, то колебания в системе не могут появиться при малых значениях U 2, т. к. Р - > Р +. Для возбуждения колебаний системе требуется начальный толчок (по напряжению) для превышения пороговой амплитуды UB, соответствующей абсциссе точки перегиба кривой Р + – точки В на рис. 6б. Этот толчок переведет систему в состояние с U 2 > , когда
Р + > Р - . Первый режим работы генератора носит название мягкого режима возбуждения (рис. 6а), второй - жёсткого (рис. 6б).
Генератор можно построить из резонансного усилителя, вводя в его схему цепь ПОС. Полный коэффициент передачи усилителя с глубиной обратной связи n = 1 – К ос× K 0 определяется формулой (1), из которой видно, что на некоторой частоте величина может оказаться близкой к нулю, и общий коэффициент усилителя стремится к бесконечности. Это значит, что при конечной амплитуде сигнала на входе усилителя должна наблюдаться бесконечно большая амплитуда колебаний на выходе. В действительности этого не произойдёт, т.к. сам коэффициент усиления зависит от амплитуды входного сигнала (см. лаб. работы
№ 2, 3). Однако сама возможность возникновения бесконечной амплитуды уже свидетельствует о том, что если возникают колебания с конечной амплитудой на выходе, то для их поддержания не нужно никакого входного сигнала. Иначе говоря, система самовозбуждается, т.е. в ней появляются колебания, параметры которых (амплитуда, частота и др.) не зависят от внешнего воздействия, а определяются только собственными характеристиками системы.
|
Таким образом, для превращения усилителя в генератор, т.е. для самопроизвольного возбуждения колебательной системы должны выполняться следующие два условия:
1. Баланс амплитуд – выполнение соотношения К ос = 1 / К 0.
2. Баланс фаз, т.е. подача энергии в усилитель в определённой фазе с выходным сигналом. Очевидно, что для генерации колебаний обратная связь должна быть положительной. Поэтому в принципиальной схеме любого генератора обязательно должны присутствовать: а) нелинейный элемент (лампа, транзистор, туннельный диод), б) источник питания - для поддержания колебаний (для создания Р +, рис. 4), в) цепь положительной обратной связи (для незатухающих колебаний). Примеры принципиальных схем высокочастотных генераторов (LC - генераторов), в которых кроме того еще необходим колебательный контур, при ведены на рис. 7, 8.
Схемы LC -генераторов на биполярных транзисторах.
Колебательный контур включен в цепь база-эмиттер (рис. 7)
или в коллекторную цепь транзистора (рис. 8)
В обеих схемах транзистор Т предназначен для усиления колебаний в LC контуре, в случае его отсутствия колебания, как правило, являются затухающими. Обратная связь (на рис. 7, 8 она обозначена стрелкой) возникает за счет общего магнитного потока катушек L и L 1 (на практике они намотаны на одном сердечнике). Знак связи можно регулировать за счет полярности включения катушек. Поскольку в схеме ОЭ R вх = R бэ невелико, то транзистор будет шунтировать своим входным сопротивлением колебательный контур, значительно уменьшая его добротность. Поэтому вторая схема (рис. 8) предпочтительнее, т.к. транзистор Т в ней включен по схеме ОБ, в которой его выходное сопротивление достаточно велико.
2. Расчётная Часть
1. Рассчитайте число витков N = катушки L Г контура гетеродина (рис. 9) для заданной резонансной частоты 0 = 10 MГц и выданной ёмкости С Г = 30 60 пФ (d и D - соответственно диаметры провода катушки; = 4p×10 Гн /м). Намотайте катушку L Г, сделав при этом отвод от 1/15 части витков; для катушки L 1 оставьте всего один виток.
2. Возьмите транзистор Т9 (серии ГТ308) и снимите на ЭВМ его параметры.
3. Возьмите сопротивления R э9 Ω, R’ б9 кΩ и рассчитайте второе сопротивление R б9 входного делителя (в цепи базы) транзистора Т9 по формулам
|
R б9 = , U бэ р9 + I кр 9× R э9 ,
где U 0 рассчитайте по формуле U 0 = E - I .
4. По формуле С р > 1/2 оцените значение С р. Значение граничной частоты f н возьмите f н = 1 МГц.
3. экспериментальная Часть
Лабораторная работа № 5
|
|
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)...
Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...
Биохимия спиртового брожения: Основу технологии получения пива составляет спиртовое брожение, - при котором сахар превращается...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!