Волгоградский государственный педагогический университет

Кафедра теоретической физики Лаборатория радиотехники

Лабораторная работа №7

Транзисторный LC генератор.

Волгоград, 1998

1

Лабораторная работа №7

Транзисторный LC генератор. Цель работы. Ознакомление с принципом работы трехточечного LC генератора и его исследование.

I. ТЕОРИЯ РАБОТЫ.

Генератор – это устройство, в котором за счет энергии источника питания создаются периодические незатухающие электрические колебания.

Рассматриваемый генератор состоит из усилителя (блок К, рис.1) на транзисторе и обратной связи (блок β). Последняя предназначена для передачи части энергии выходного колебания на вход усилителя, поэтому его выход соединен с входом цепи обратной связи, а выход цепи - с входом усилителя.

Рис.1.Блок-схема генератора.

Коэффициент передачи усилителя K равен .

.

вх

вых

UU

K&

&& = ,

коэффициент передачи обратной связи β равен...

...

совх

совых

U

U•

••

=β . Условие

самовозбуждения генератора записывается в виде 1≥β&&K или, переходя к показательной форме записи комплексного числа, имеем:

( ) 1≥+ βκ φφβ jeK . (1)

Здесь K и β модули βκ φφβ ,;,••

K – сдвиги фаз между входными и выходными напряжениями соответственно.

Условие (1) можно разделить на 2 самостоятельных условия самовозбуждения: баланс амплитуд: 1≥βK (2) и баланс фаз nπφφ βκ 2=+ (3) .

2

На рис. 2 приведена принципиальная схема использованного в лабораторном макете генератора. В нем блок K выполнен в виде резонансного усилителя на транзисторе 1VT . Его входом является промежуток база - эмиттер транзистора, выходом – его коллектор - эмиттер, нагрузкой усилителя – последовательно соединенные колебательный контур 21CLC и резистор 2R . Резистор 1R задает начальное смещение на транзисторе, переводя генератор в мягкий режим самовозбуждения. Конденсатор 3C - разделительный. Он предназначен для передачи с точки соединения обоих элементов нагрузки транзистора на его базу только переменного напряжения, не пропуская постоянное напряжение. Емкость конденсатора выбирается из условия малости его сопротивления на частоте генерации по сравнению с входным сопротивлением транзистора. Следовательно, для переменного напряжения 3C может быть представлен в виде короткого замыкания.

Из рассмотрения схемы (рис.2) видно, что вход цепи обратной связи совпадает с местом подсоединения конденсатора 1C , а сама она состоит из катушки индуктивности L и конденсаторов 32 ,CC . Пренебрегая сопротивлением последнего, получим, что коэффициент передачи цепи обратной связи может быть найден как отношение напряжений, выделяющихся на конденсаторах 1C и 2С от протекания по ним токов каждой из ветвей контура. При резонансной частоте они сдвинуты по фазе относительно друг друга на 180˚, что обуславливает знак «- » в приводимой ниже формуле. Таким образом,

2

1

1

2

...

...

1

1

CC

Cj

Cj

U

U

совх

совых −=−== •

••

ω

ωβ .

Полученное •

β – действительное число, поэтому для удовлетворения условий самовозбуждения (1-3) и K должно быть действительным. Отсюда вытекает два следствия:

1. Нагрузка усилителя должна быть чисто активной. 2. При активной нагрузке сдвиг фаз между входным и

выходным напряжениями усилителя должен быть равен π , т.к. только в этом случае будет выполняться баланс фаз (3).

Первое следствие дает возможность вычислить генерируемую

частоту, записав полное сопротивление контура и приравняв его

мнимую часть к нулю:⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+

=

CLjR

Z

ωω

ρ1

2

.

3

Здесь 21

21

CCCC

C+

= , ρ -волновое сопротивление контура CL

=ρ , в

итоге получаем: 21

210 CLC

CC +=ω . Частота не может быть отрицательной,

поэтому квадратный корень имеет единственное значение. Следовательно, такой генератор будет вырабатывать гармоническое напряжение.

Второе – обеспечивается за счет включения транзистора по схеме с общим эмиттером.

II. ХОД РАБОТЫ. 1. Ознакомьтесь по литературе с принципом работы генератора. 2. Выясните назначение деталей и цепей схемы. 3. Смонтируйте генератор по схеме на рис.2. 4. По инструкции по эксплуатации осциллографа С1-94 изучите

методы измерения напряжения и частоты исследуемого сигнала. 5. Соберите схему для исследования генератора (рис.3).

Рис. 3. Схема исследования генератора.

(1-Выпрямитель ВС4-12, 2-исследуемый генератор, 3-осциллограф) 6. Включите в сеть выпрямитель ВС4-12, а затем подайте питание от

него на исследуемый генератор. Добейтесь на экране осциллографа четкого, устойчивого изображения исследуемого сигнала.

7. Начертите в масштабе форму сигнала. 8. Определите с помощью осциллографа частоту и амплитуду

напряжения исследуемого сигнала. 9. Вычислите индуктивность колебательного контура генератора LC

и величину коэффициента обратной связи β .

4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Начертите схему генератора на память. 2. Объясните из каких основных частей состоит генератор. 3. Запишите условия самовозбуждения генератора и объясните их. 4. Выделите на схеме генератора усилитель и цепь обратной связи. 5. Рассчитайте величину коэффициента обратной связи генератора. 6. Запишите выражение для генерируемой частоты. Как оно

получено? 7. Почему рассматриваемый генератор вырабатывает гармонические

колебания? 8. Объясните назначение элементов схемы 1R , 2R , 3C . 9. Как с помощью фигуры Лиссажу определить неизвестную частоту?

ЛИТЕРАТУРА. 1. Гершензон Е. М., Полянина Г.Д., Соина Н.В. Радиотехника. – М.: Просвещение, 1986.

5