Генераторы синусоидальных колебаний

Генераторы синусоидальных колебаний

 

Лабораторная работа

 

Генераторы синусоидальных колебаний

Цель:изучение схем и определение параметров основных типов генераторов синусоидальных колебаний.

 

Приборы и принадлежности:

1. Стенд - генератора.

2. Стенд LC-генератора.

3. Осциллограф.

4. Генератор звуковой.

5. Блок питания (батареи) на 6-9 Вольт.

6. Головные телефоны.

7. Радиодетали принадлежности для пайки.

 

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ:

 

1. Изучите теоретические вопросы, касающиеся принципов построения генераторов, назначения элементов схем, основных схем генераторов схем.

Литература: Гершензон Е.М. и др. «Радиотехника», 1971г., глава 8.

Месяцев П.П., Лифваун Н.С. «Курс радиотехники», 1960г.,

§ 4- 1, 4-4.

Молчанов А.П., Занадворов П.Н. «Курс электротехники и радиотехники», 1969г. § 67, 68, 70, 71.

2. Ответе на вопросы:

1. Какую роль играет нелинейный элемент?

2. При выполнении каких условий генератор самовозбуждается?

3. Объясните физический смысл баланса амплитуд и баланса фаз.

4. Выпишите формулы определяющие частоты LC и RC генераторов. Обоснуйте их.

5. Почему LC-генераторы используются на высоких частотах, а RC на низких?

6. Укажите преимущества и недостатки RC-генераторов по сравнению с LC-генераторами.

7. Какие существуют разновидности схем RC и LC-генераторов?

 

Схемы исследования:

Принципиальная схема LC-генератора приведена на рис.1. Автогенератор представляет собой резонансный усилитель с контуром LкCк в коллекторной цепи транзистора с индуктивной обратной связью. Напряжение обратной связи поступает на выход усилителя с катушки связи Lс. Резистор R определяет величину напряжения смешения и положения рабочей точки транзистора. Конденсатор C является разделительным, он пропускает на выход только переменную составляющую напряжения сигнала. Частоты колебаний LC-генератора задаются параметрами контура Lк и Cк. Катушки Lк и Lс размещены на общем железном сердечнике для увеличения и индуктивности и уменьшения частоты колебаний.

Принципиальная схема RC-генератора приведена рис.2. Он представляет собой двухкаскадный резисторный усилитель с цепью положительно обратной связью. В качестве усилителя применена интегральная микросхема K1YC221Б, содержащая два транзистора и семь резисторов (на рис.2 показана условно).

Цепь обратной связи состоит из трёх RC цепочек, причём

С2=С3=С4 R1=R2=R3

Функцию резистора R3 выполняет входное сопротивление усилителя

Rвх =2 кОм. Конденсатор С1 является единственным навесным элементом усилителя. Он определяет величину постоянного напряжения смещения транзисторов. ИМС.

Электрическая схема ИМС K1YC221 показана на рис.3. Первый каскад выполнен на транзисторе T1 по схеме с общим эмиттером. Резистор R1 является сопротивлением нагрузки, т.к. R1 >> R2 , то R2 можно не учитывать. (R2 предназначена для возможности включения других вариантов обратной связи). Второй каскад на транзисторе T2 включён по схеме с разделительной нагрузкой: R6 в цепи коллектора. R7 в цепи эмиттера. Связь между каскадами гальваническая. Резисторы R3 и R5 образуют обратную связь по постоянному току для стабилизации работы. R4 уменьшает напряжение питания парного каскада.

Выходной сигнал – вывод 5 усиливается транзистором T1 и снимается с коллектора, причём сдвигается по фазе на ПИ относительно входного сигнала. Поступая на базу T2, сигнал усиливается, сдвигается по фазе на ПИ и выходной сигнал снимается с соединенных выводов 8 и 9. Таким образом, выходной сигнал сдвинут по фазе на 2П относительно входного.

Сигнал обратной связи снимается с резистора R7 (вывод 11). Так как R7 включен в цепь эмиттера, то фаза сигнала обратно связи одинакова с сигналом на базе T2 , т.е. сигнал ОС сдвинут относительно входного на П. 7 и 1 ИМС для подключения источника питания. Параметры ИМС: К4 = 400,

Uпит =6,3 В , Uвых≥0,5 В, Rвх=2 кОм.

 

Порядок выполнения работы.

1. Соберите схему LC-генератора: подключите источник питания, телефоны, проверьте наличие колебаний.

2. Подключите к выходу генератора осциллограф, получите на экране устойчивую картину, зарисуйте форму колебаний.

3. Определите частоту колебаний f с помощью фигур Лиссажу или методом замещения, испоьзую звуковой генератор.

4. Определите индуктивность Lк, зная f и Ск.

5. Измените величину Ск, снова определите частоту f и Lк. Найдите среднее значение Ск по данным двух измерений.

6. Зашунтируйте контур резистором R2 порядка 1-10 кОм. Как влияет на (величину) амплитуду колебаний? Объясните.

7. Соберите схему RC-генератора. Подключите питание и телефоны. Величины R1=R2 выбираются произвольные в пределах 1,5-4,7 кОм, С2=С3=С4 в пределах 0,01-0,65 мкф.

8. С помощью осциллографа зарисуйте форму колебаний: Uвых=¦(t).

9. Определите частоту колебаний экспериментально, сравниет с расчётными значениями частоты по формуле .

10. Изучите схему школьного ЗГ. Определите тип генератора, назначение элементов схемы.

 

Содержание отчёта.

1. Краткие теоретические сведения.

2. Схемы генераторов.

3. Осциллограммы колебаний.

4. Расчётные данные.

5. Анализ результатов и выводы.

 

Примечание.

Для измерения частоты генератора используем метод фигур Лиссажу. На вход «Y» осциллографа подаётся сигнал исследуемого генератора, на вход «X» сигнал от ГЗШ, при этом горизонтальная развёртка должна быть отключена (левый рычажок «Синхронизация» переключить в положение Х). Меняя частоту ГЗШ, получить на экране элиж. В этом случаечастоты генератора равны.

 

ГЕНЕРАТОР ЗВУКОВОЙ (ШКОЛЬНЫЙ ГЗШ-3).

 

1. НАЗНАЧЕНИЕ ПРИБОРА.

Прибор предназначен для получения синусоидальных электрических колебаний звуковой частоты при демонстрации опытов по физике и электротехнике в средней школе.

 

2. ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ.

A. Подготовка к работе прибора.

Завод поставляет звуковые генераторы, включенными на 220В. В случае надобности, включить прибор в сеть напряжением 127В., следует отвернуть винт (с пластмассовой головкой), крепящий пластмассовую крышку, снять эту крышку, вынуть предохранитель на 1А из нижнего гнезда и вставить предохранитель на 2А в верхнее гнездо и снова закрепить крышку винтом, после чего крышка устанавливается так «127Б» была наверху. Устройство для крепления предохранителей находится сзади прибора.

ВНИМАНИЕ!

Перестановку предохранителей производить только при отключенном от сети приборе.

Б. Включение прибора.

1. Соединить штепсельный разъём шнура с прибором.

2. Включить вилку шнура в сеть переменного тока частотой 50Гцнапряжением 220В (или 127В).

3. Поставить тумблер включения сети в положение «вкл.», при этом должна загореться сигнальная лампочка.

4. Для получения большой точности по частоте следует приступить к работе после 30 минут предварительного прогрева.

В. Методика работы с прибором.

 

1. Установка частоты:

а) для частоты 20-220 герц ручка переключателя поддиапазонов устанавливается в положение «х» и затем плавным поворотом устанавливается необходимая частота. Отсчёт частоты производиться в герцах соответствует отсчёту цкалы.

б) для частоты 200-2000 герц ручка переключателя поддиапазонов устанавливается в положение «х10», и частота устанавливается плавным поворотом шкалы. Отсчёт шкалы умножается на 10.

в) для частоты 2000-20000 герц ручка переключателя поддиапазонов устанавливается в положение «х100» и плавным поворотом шкалы устанавливается необходимая частота. Отсчёт шкалы умножается на 100.

 

2. Регулировка амплитуды выходного напряжения.

Амплитуда выходного напряжения плавно увеличивается при повороте ручки «Усиление» слева направо.

 

3. Согласование выхода генератора с нагрузкой.

Для согласования выхода генератора с нагрузкой нагрузка подключается между зажимом, обозначенным «общ» и одним из трёх зажимов выхода, отмеченных величиной сопротивления нагрузки: 5, 600, 50000 Ом.

Форма колебаний генераторов зависит от напряжения питания, поэтому его следует подобрать экспериментально в пределах:

Uп= (6±4)В.