Курсовая работа: Генератор электрических колебаний высокой частоты

Рис.№ 7. Структурная схема RC-автогенератора.

Схема содержит усилитель 1, нагруженный резистором и получающий питание от источника постоянного напряжения 3. Для самовозбуждения усилителя, т.е. для получения незатухающих колебаний, необходимо подать на его вход часть выходного напряжения, превышающее входное (или равное ему) и совпадающее с ним по фазе. Иначе говоря, усилитель необходимо охватить положительной обратной связью, причем четырехполюсник обратной связи 2 должен иметь достаточный коэффициент передачи. Эта задача решается в том случае, когда четырехполюсник 2 содержит фазосдвигающую цепь, состоящую из резисторов и конденсаторов сдвиг фаз между входным и выходным напряжениями 180⁰ .

4.3 Принцип работы фазосдвигающей цепи

Схема которой показана на рис. № 8а, иллюстрируется с помощью векторной диаграммы рис. № 8б.

Рис.8. Фазосдвигающие цепи: а- принципиальная схема; б- векторная диаграмма; в,г- трехзвенные цепи

Пусть ко входу этой цепи RC подведено напряжение U1. Оно вызывает в цепи ток I, создающий падения напряжения на конденсаторе

U_C= IX_C =

(где ω-частота напряжения U1) и на резисторе U_R =IR, которое одновременно является выходным напряжением U2. При этом угол сдвига фаз между током I и напряжением Uс равен 90⁰ , а между током I и напряжением U_R – нулю. Вектор напряжения U1 равен геометрической сумме векторов U_C и U_R и составляет с вектором U2 угол φ. Чем меньше емкость конденсатора С, тем ближе угол φ к 90⁰ .

4.4 Условия самовозбуждения RC – автогенератора

Наибольший угол φ, который можно получить при изменении значений элементов RC- цепи, близок к 90⁰ . Практически элементы схемы R и C подбирают так. Чтобы угол φ=60⁰ . Следовательно, для получения угла сдвига фаз φ=180⁰ , необходимого для выполнения условия баланса фаз. Требуется последовательно включить три звена RC.

На рис. № 8 в,г показаны два варианта схем трехзвенных фазосдвигающих цепей. Сдвиг фаз между выходным и входным напряжением на угол 180⁰ при R1=R2=R3=R и C1=C2=C3=C обеспечивается на частотах: f₀₁ ≈ (в схеме на рис. № 8в) и f₀₂ ≈ (в схеме на рис. № 8г), где R выражено в омах, C- в фарадах, а f₀ - в герцах. Значения f₀₁ иf₀₂ одновременно частоту автоколебаний.

Для обеспечения баланса амплитуд коэффициент усиления усилителя К_ус не должен быть меньше коэффициента передачи цепи обратной связи К_о.с. =. Расчеты показывают, что для приведенных схем К_о.с =. Таким образом, автоколебания в RC- генераторах, содержащих трехзвенные фазосдвигающие цепи с одинаковыми звеньями, возможно лишь при выполнении условий

f_авт = f₀₁ (или f_авт = f₀₂ ); К_ус ≥29.

4.5 RC- автогенераторы с согласующим каскадом

Схема такого генератора представлена на рис. 9.

Рис.№9. Принципиальная схема RC-автогенератора с согласующим каскадом и трехзвенной фазосдвигающей цепью

Усилитель собран на транзисторе VT1. Нагрузкой усилителя является резистор R3. Фазосдвигающая цепь состоит из элементов C4-C6, R4-R6. Резисторы R4-R6 включены по переменному току параллельно нагрузке усилителя- резистору R3-и шунтирует её, что приводит к уменьшению усиления каскада. Для уменьшения шунтирующего действия рекомендуется выбирать сопротивление резистора RC- звеньев фазосдвигающей цепи значительно больше R3.

С точки зрения обеспечения баланса фаз данный автогенератор можно было бы выполнить только на одном транзисторе VT1. Однако в этом случае небольшое входное сопротивление транзистора будет шунтировать цепь обратной связи и резко уменьшать её коэффициент передачи. Поэтому целесообразно разделить выход фазосдвигающей цепи и вход усилителя с помощью специального согласующего каскада на транзисторе VT2, называемым эмиттерным повторителем. Нагрузкой этого каскада служит резистор R9, включенный в цепь эмиттера транзистора VT2. Эмиттерный повторитель имеет большое входное сопротивление и поэтому мало шунтирует фазосдвигающую цепь.

Автогенераторы с фазосдвигающими цепями обычно применяют для генерирования синусоидальных колебаний фиксированный частоты, что связано с трудностью перестройки частоты в широком диапазоне.

4.6 RC- автогенератор с мостом Вина

Если усилитель изменяет фазу входного сигнала на 2π (например, усилитель, имеющий четное число каскадов), введение в него положительной обратной связи обеспечивает возможность генерирования колебаний без включения специальной фазосдвигающей цепи. Для выделения колебаний требуемой частоты, содержащихся в выходном напряжении такого генератора, в цепи обратной связи включают четырехполюсник, имеющий частотно-избирательные свойства. Принципиальная схема такого четырехполюсника, представляющего собой одну из ветвей моста Вина, изображена на рис. № 10.

Рис.10. Принципиальная схема частотно-избирательного четырехполюсника

Для генерирования автоколебаний необходимо, чтобы такой четырехполюсник не вносил сдвига между напряжениями U1и U2, что возможно, если отношение

=

-положительное вещественное число. В последнем уравнении сопротивление Z1образовано последовательным соединением элементов R1 и C1, а сопротивление Z2-параллельным соединением R2 и C2. Так как