Домашнее задание
1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литературе: [1, с.309–319, 325–329; 2, с.248–253, 257–263, 269–274].
2. Сделайте заготовку отчета.
Лабораторное задание
1. Изучите явление регенеративного усиления. Снимите зависимость коэффициента регенерации от величины взаимной индуктивности и амплитуды сигнала. Получите резонансные характеристики регенерированного контура и сравните их с характеристиками обычного LC контура.
2. В возбужденном режиме наблюдайте явление регенерации и деления частоты. Исследуйте области синхронизации и деления частоты при изменении амплитуды внешнего сигнала.
Методические указания
1. Подготовка к работе.
1.1. Подключить диапазонный генератор (в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ) ко входу (КТ1) схемы LC генератора. Вольтметр переменного напряжения стенда подключить к затвору транзистора (гнездо КТ2). К выходным гнездам генератора (КТ3) подключить осциллограф. Включить тумблером положительную обратную связь.
1.2. Положение рабочей точки выбрать на середине линейного участка вольт-амперной характеристики (ВАХ) полевого транзистора LC генератора. (Эта ВАХ была получена в процессе проведения лабораторной работы 12. При отсутствии ВАХ ее придется снять по методике, изложенной в п.1 упомянутой выше работы).
1.3. Критическое значение взаимной индуктивности Мкр находится при подключенных измерительных приборах; напряжение внешнего генератора, подключенного к КТ1, должно быть равно 0.
Регулятором М добиться появления генерации с минимальной амплитудой, затем регулятор смещения (Есм) подстроить так, чтобы получить максимальную амплитуду генерируемых колебаний. Так определилось положение рабочей точки, при которой обеспечивается максимальная крутизна ВАХ.
Не изменяя Есм (оно должно оставаться неизменным на протяжении всей работы), плавно уменьшить М, добиваясь прекращения генерации (М = Мкр). Значения Есм и Мкр внести в табл. 14.1.
Таблица 14.1
Определение коэффициента регенерации
| Есм = … В; Мкр= …мГ; Uвх= 1 мВ f0= …кГц; без регенерации (М = 0) U΄вых = В | |
| М, мГ | |
| Uвых, В | |
| Р |
2. Недонапряженный режим. Регенеративное усиление.
Настройка внешнего диапазонного генератора в резонанс с контуром LC генератора начинается с установки на выходе внешнего генератора напряжения 1 мВ. Сохраняя неизменным прежнее значение Есм и установив М<Мкр (произвольно), плавно перестраивать внешний генератор в пределах 18–25 кГц, добиваясь максимума выходного напряжения. Определив частоту резонанса f0, внести ее значение в табл. 14.1.
Следует иметь в виду, что в этом и последующих экспериментах резонансная кривая оказывается весьма острой, поэтому после различных переключений, например, подключения осциллографа или переключение вольтметра с выхода цепи на вход и даже после переключений пределов измерения вольтметра, требуется подстраивать частоту внешнего генератора, добиваясь максимума выходного напряжения.
Другой особенностью изучаемой цепи является трудность установки М вблизи Мкр, т. е. при режиме, близком к самовозбуждению. Последнее может наступить при любых манипуляциях с элементами настройки и регулировки, при которых изменяется комплексное сопротивление приборов, подключаемых к контуру LC генератора. Исходя из этого в тех случаях, когда нет уверенности в том, что самовозбуждение отсутствует, следует плавно уменьшить до нуля напряжение внешнего генератора. Если при этом выходное напряжение в точке КТ3 исчезнет, значит, самовозбуждения нет. В противном случае выходной сигнал остается после снятия входного. Тогда для того, чтобы «погасить» генерацию, следует очень осторожно уменьшить М (М<Мкр) и повторить измерения.
2.2. Установить на входе (КТ2) напряжение Uвх = 1 мВ. Отключив цепь обратной связи, после подстройки частоты внешнего генератора измерить и внести в табл. 14.1 значение выходного напряжения (гнездо КТ3) U΄вых (без регенерации; М = 0).
2.3. Включить положительную обратную связь. Uвх остается прежним – 1 мВ. Установить некоторое произвольное значение М (М<Мкр) и после подстройки частоты определить Uвых. Убедившись, что генерации при этом нет, внести в табл. 14.1 пару значений М и Uвых (вторая и третья строки таблицы). Последовательно увеличивая М (М<Мкр), произвести не менее пяти таких измерений, добиваясь заметного превышения Uвых над U¢вых (при М = 0). Рассчитать и внести в нижнюю строку таблицы значение коэффициента регенерации Р = Uвых / U΄вых. Построить график зависимости Р = φ1(М). Среди полученных значений Р необходимо иметь хотя бы одно значение в пределах 3–5, которое потребуется в дальнейших исследованиях.
2.4. Амплитудная характеристика регенерированной схемы Uвых=φ2(Uвх) снимается для ранее выставленного значения Есм и наибольшего значения М из табл 14.1. Для этого, установив начальное значение Uвх = 1 мВ, определяют Uвых; оба эти значения вносятся в табл. 14.2.
Таблица 14.2
Амплитудная характеристика регенератора
| Есм = …В; М = Мmax = …мГ; без регенерации (М = 0) U ¢вых= …В | ||||||||
| Uвх | мВ | |||||||
| Uвых | В | |||||||
| Р | – |
Последовательно задавая входные напряжения из таблицы, измерить (после подстройки частоты) Uвых и внести его значения в таблицу. Рассчитать и построить график Uвых = φ2(Uвх).
2.5. Частотные характеристики регенерированного контура сравниваются по полосам пропускания (на уровне 0, 707 от резонансного значения частоты) для следующих значений:
· М=0; Uвх =1 мВ;
· М=М¢; Uвх =1 мВ;
· М=М¢; Uвх =1 В.
Напомним, что случай М = 0 обеспечивается отключением цепи обратной связи, а М = М¢ выбирается из табл. 14.1 для одного из значений Р в интервале 2–5.
Граничные частоты полосы пропускания f1 и f2 определяются путем расстройки внешнего генератора до получения напряжения Uвых в 
раз меньше, чем при настройке в резонанс. Результаты измерений внести в табл. 14.3.
Таблица 14.3
Добротность регенерированного контура
| Есм= …В f0 = …кГц | М = 0 Uвх = 1 мВ | М = М¢ Uвх = 1 мВ | М = М¢ Uвх = 1 В |
| f2 – f1, кГц | |||
| Q |
Значение добротности регенерированного контура рассчитывается по формуле Q 
.
3. Возбужденный режим. Синхронизация.
3.1. Захват частоты наблюдается при переводе исследуемой цепи в возбужденный режим. При этом частота генерации совпадает с частотой внешнего воздействия, причем это совпадение сохраняется при перестройке частоты внешнего источника в некоторых пределах («полоса захвата») от fн до fв.
В качестве индикатора захвата частоты могут использоваться фигуры Лиссажу в виде неподвижного эллипса. Для этого на входы X и Y осциллографа подаются сигналы от внешнего генератора и от исследуемой цепи.
Другой способ фиксации процесса захвата частоты – по спектрограммам входного и выходного сигналов. Если наблюдается захват частоты, положение спектральных линий (первые гармоники) на входе и выходе совпадают.
3.2. Границы области захвата определяются путем изменения частоты внешнего воздействия вверх от f0 – частота fв и вниз – частота fн до срыва генерации и возникновения «биений». Данные о границах области захвата fн=φ4(Uвх) и fв=φ5(Uвх) при трех различных входных напряжениях Uвх заносятся в табл. 14.4. Туда же вносятся кратность изменения частоты n (в пределах полосы захвата или деления частоты (п. 3.3), а также фигуры Лиссажу или спектрограммы для fвх ≤ fн и fвх ≥ fв, в зависимости от применяемого способа индикации.
Таблица 14.4
Границы области захвата частоты
| Есм= В; f0= кГц; М = Мmax = … мГ; n | |
| Uвх, В | |
| fн, кГц | |
| Fн, кГц |
3.3. Деление частоты наблюдается при тех же условиях, что и захват частоты, после перестройки внешнего генератора на двойную частоту: fвх = 2f0 (n = 2). Для большей кратности деления частоты (n = 2…5) входная частота увеличивается в n раз: fвх = nf0.
3.4. Границы области деления определяются в соответствии с п.3.2. Данные о граничных частотах fн = φ6(Uвх) и fв = φ7(Uвх) помещаются в табл. 14.5, подобной табл. 14.4. Зарисовываются фигуры Лиссажу или спектры выходного сигнала для fвх ≤ nfн и fвх ≥ nfв.
Отчет
Отчет должен содержать:
1) принципиальную схему исследуемой цепи;
2) таблицы и графики результатов;
3) фигуры Лиссажу или спектры.
Контрольные вопросы
1. Изобразить эквивалентную схему автогенератора. Каковы условия возникновения автоколебаний в схеме?
2. При каком условии цепь с положительной обратной связью будет потенциально автоколебательной?
3. Привести схему автогенератора и эквивалентную схему регенерированного колебательного контура.
4. Чем отличается схема автогенератора LC от схемы регенератора?
5. Записать выражение для активного сопротивления и добротности регенерированного контура.
6. Что такое коэффициент регенерации?
7. Что следует понимать под «слабым сигналом»?
8. Как зависит коэффициент регенерации от взаимной индуктивности М?
9. Как зависит коэффициент регенерации от амплитуды входного сигнала?
10. Изобразить на одном графике АЧХ обычного параллельного LC контура и регенератора при М ≈ Мкр (М < Мкр).
11. Как изменяется ширина полосы пропускания для регенерированного контура по сравнению с обычным LC контуром (при слабом сигнале)?
12. Как зависит АЧХ регенерированного контура от амплитуды входного сигнала?
13. В чем состоит и как объясняется явление захвата частоты?
14. Как связана ширина полосы захвата с амплитудой входного сигнала?
15. В чем состоит и как объясняется явление регенеративного деления частоты?