ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ГЕНЕРАТОРОВ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ
1. Цель и задачи работы.
Изучение функционирования и принципиальных электрических схем электрических генераторов, приобретение навыков по исследованию электрических схем с помощью электроизмерительных приборов.
2. Теоретические сведения.
ГЕНЕРАТОРЫ
ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Принцип работы генератора гармонических колебаний
Генераторы гармонических колебаний осуществляют преобразование энергии источника питания постоянного тока в переменный ток требуемой частоты. Они выполняются на основе усилителей со звеном положительной частотно-зависимой обратной связи, обеспечивающей устойчивый режим самовозбуждения на заданной частоте (рис. 4.1 а).
Частотно-зависимая обратная связь обычно выполняется на основе пассивных 
или 
- цепей, поэтому 
.
Из конструктивных соображений на высоких частотах в основном применяются LC- генераторы, на низких - RC - генераторы, а на инфранизких частотах более эффективны RL и RLM – генераторы.
а)
б)
Рис. 4.1. Структурная схема генератора и частотные характеристики цепи обратной связи.
Для работы схемы в режиме генерации необходимо выполнение двух условий. Первое – фазовый сдвиг, создаваемый усилителем 
и звеном обратной связи 
в сумме должны быть кратными 
:
, (4.1)
где n = 0,1,2,3….. целые числа.
Это условие баланса фаз. Второе условие вытекает из уравнения для коэффициента передачи усилителя, охваченного положительной обратной связью
, (4.2)
где s – оператор Лапласа.
Из уравнения (4.2) следует, что для самовозбуждения схемы необходимо, чтобы
. (4.3)
В установившемся режиме для устойчивой генерации колебаний необходимо, чтобы
. (4.4)
Это условие баланса амплитуд, которое достигается благодаря насыщению какого-либо элемента схемы. Для уменьшения искажений формы колебаний стабилизацию амплитуды входного напряжения осуществляют введением в схему генератора специальных нелинейных элементов, а также отрицательных обратных связей.
ГЕНЕРАТОРЫ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ (МУЛЬТИВИБРАТОРЫ)
Мультивибраторы на транзисторах
Наиболее широкое применение получил мультивибратор с коллекторно – базовыми связями (рис 4.6).
Рис.4.6. Схема мультивибратора на транзисторах.
При подключении схемы к источнику питания, оба транзистора открыты, поскольку их базы через резисторы 
и 
подключены к источнику питания. Однако такое состояние неустойчиво.
Пусть в результате любого случайного воздействия несколько увеличится ток коллектора 
транзистора 
. При этом увеличится падение напряжения на резисторе 
и потенциал коллектора транзистора начнет уменьшаться. Это уменьшение напряжения через конденсатор 
передается на базу транзистора 
, который начнет закрываться. Коллекторный ток 
транзистора при этом уменьшается, напряжение на его коллекторе увеличивается и, передаваясь через конденсатор 
на базу транзистора , еще больше увеличивает ток , отпирая . Этот процесс протекает лавинообразно и заканчивается тем, что транзистор входит в режим насыщения, а транзистор – в режим отсечки. При этом конденсатор перезаряжается через 
и переход база-эмиттер открытого транзистора . Схема переходит в одно из своих временно устойчивых состояний. При этом открытое состояние транзистора VT1 обеспечивается смещением от источника питания 
через резистор , а запертое состояние транзистора – низким потенциалом на конденсаторе , который при открывании транзистора зарядился отрицательно (по отношению к базе ). На временных диаграммах (рис.4.7) описанные процессы соответствуют моменту времени 
. Теперь конденсатор , начинает перезаряжаться через резистор и открытый транзистор от источника питания , при этом напряжение на нем стремится увеличиться до . В момент времени 
напряжение на базе транзистора становиться больше нуля, и он отпирается. Появление тока через транзистор приводит к процессу, аналогичному описанному выше. В результате транзистор войдет в режим насыщения, а транзистор – в режим отсечки (второе временно-устойчивое состояние). В промежутке времени - 
происходит разрядка конденсатора и зарядка конденсатора .
Таким образом, переходя из одного временно-устойчивого состояния в другое, мультивибратор формирует на коллекторах транзисторов выходное напряжение почти прямоугольной формы, положительной полярности, сдвинутых по фазе друг относительно друга на 
.
Рис.4.7. Временные диаграммы работы мультивибратора.
Рассмотрим расчет мультивибратора.
Напряжение на базе любого из транзисторов изменяется по экспоненциальному закону:
, (4.13)
где для транзистора 
а для транзистора 
.
При 
напряжение на базе 
, тогда из уравнения (4.13) получим
, 
, 
.
Аналогичным образом можно получить 
Полный период колебаний 
.
На частотах ниже 100 Гц конденсаторы в схеме мультивибратора должны иметь слишком большую емкость. На частотах свыше 100 кГц становится заметным влияние инерционности транзисторов. Поэтому на низких частотах используют схемы на базе компараторов, а на высоких частотах эмиттерно-связанные мультивибраторы.
При закрывании транзистора фронты импульсов, формируемых мультивибратором, оказываются затянутыми на время заряда конденсатора через коллекторный резистор. Для устранения завала фронтов импульсов коллекторного напряжения применяют схему мультивибратора с зарядными резисторами 
и 
(рис.4.8). Здесь восстановление заряда конденсаторов и происходит не через коллекторные сопротивления и , а через специальные зарядные резисторы и . Диоды 
, 
не влияют на работу времязадающих цепей 
и 
, но препятствуют протеканию зарядного тока через коллекторные резисторы и .
Рис.4.8. Мультивибратор с улучшенной формой сигнала.
На основе мультивибратора можно построить преобразователь напряжение – частота, если напряжения на базовые резисторы подавать от источника управляющего сигнала 
, тогда
.
Отсюда получим
.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 411; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!