11561

Синхронизируемый LC-автогенератор

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4 Синхронизируемый LC-автогенератор ЦЕЛЬ РАБОТЫ: теоретические и экспериментальные исследования процессов протекающих в автогенераторе при наличии внешнего гармонического воздействия. РАБОТА СОДЕРЖИТ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗДЕЛЫ: 1. Изучение теории н...

Русский

2013-04-08

359 KB

30 чел.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Синхронизируемый LC-автогенератор

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: теоретические и экспериментальные исследования процессов, протекающих в автогенераторе при наличии внешнего гармонического воздействия.

РАБОТА СОДЕРЖИТ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗДЕЛЫ:

1. Изучение теории неавтономного LC-генератора.

2. Изучение пакета прикладных программ "LC - генератор".

3. Выполнение расчетов параметров, характеристик и режимов возбуждения колебаний неавтономного LC-автогенератора по исходным данным.

4. Получение экспериментальных характеристик лабораторного модуля "Синхронизируемый LC-автогенератор".

5. Выполнение анализа полученных расчетных и экспериментальных результатов, подготовка отчета.

6. Зачет по теме.


КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

В работе изучаются процессы в автогенераторе при наличии внешнего воздествия. Рассматривается случай гармонического воздействия, нашедший на практике широкое распростанение.

Примером может служить способ создания достаточно мощных генераторов с высокостабильными фазовыми характеристиками, основанные на явлении синхронизации мощного генератора внешним маломощным но высокостабильным по частоте генератором. При этом синхронизацию мощного генератора можно осуществлять как на основной так и на кратных и субкратных частотах.

При воздействии на генератор двух и более внешних генераторов возможна синхронизация на любой из комбинационных частот, возникающих за счет нелинейных свойств активного элемента. При этом частота синхронизируемого генератора оказывается связанной линейной комбинацией частот воздействующих колебаний, причем возможна перестройка синхронизации с одной комбинационной частоты на другую с целью, например, получения набора выбираемых стабильных частот.

Когерентная синхронизация двух и более автогенераторов, работающих на общую нагрузку, обеспечивает суммирование мощностей этих генераторов, тем более эффективное, чем более точно сформированы генераторы с эталонным сигналом и между собой.

Сложение мощностей когерентно работающих автогенераторов непосредственно в эфире позволяет формировать диаграмму направленности с одновременным ее управлением.

Способов введения внешнего воздействия в автогенератор существует множество. Выбор конкретного определяется схемой автогенератора, решаемой задачей, видом воздействия (напряжение, ток). На рис. 1 приведены варианты схем.

Рис. 1.

На рис. 1а приведена схема LC-генератора с трансформаторной обратной связью с внешним воздействием в цепи управления активного элемента. Источник внешнего воздействия представляет собой генератор напряжения u2.

На рис. 1б приведена схема генератора типа  "емкостная трехточка" с источником внешнего воздествия также в цепи управления активного элемента.

На рис. 1в приведена схема LC-генератора с трасформаторной обратной связью с источником внешнего воздействия в виде генератора тока i2.

Для изучения процессов в приведенных схемах и многих других могут быть использованы модели, приведенные на рис. 2 и на рис. 4 соответственно с источником внешнего воздействия в виде генератора напряжения и генератора тока. Нелинейный активный элемент на схемах обозначен буквой N.

Так, первая из моделей (рис. 2) может служить для описания процессов в схеме автогенератора, приведенного  на рис. 1а. Здесь под управляющим сопротивлением  следует понимать полное сопротивление параллельного LCR-контура, приведенное ко входу управления активным элементом  , где  - коэффциент передачи обратной связи, ,  - полное сопротивление контура;  - напряжение обратной связи.

Вторая из моделей (рис. 4) может служить для описания процессов в схеме автогенератора, приведенного на рис. 1в.

В работе рассматривается два варианта внешнего гармонического воздействия. К первому относится асинхронное внешнее воздействие, когда соотношение внешней частоты и собственной частоты автогенератора таково, что при имеющейся нелинейности не создается гармоник или комбинационных составляющих, попадающих в полосу прозрачности колебательной системы.

Ко второму отностится воздействие  с частотой, близкой к собственной частоте автогенератора. В этом случае в полосу прозрачности колебательной системы попадают либо гармоники частоты внешнего воздействия либо комбинационные составляющие, обусловленные частотой внешнего воздействия.

Первый из них рассматривается на модели, приведенной на рис. 2, второй - на модели, приведенной на рис. 4.

ВНЕШНЕЕ АСИНХРОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ  НА АВТОГЕНЕРАТОР

Рассмотрим влияние внешнего асинхронного воздействия на амплитуду и частоту автогенератора, модель которого приведена на рис.1.Внешнее воздействие, представляющее гармоническое колебание с напряжением , включенно последовательно с напряжением обратной связи  и действует непосредственно на нелинейный активный элемент.

Рис. 2.

При условии узкополосности избирательного звена укороченные дифференциальные уравнения имеют вид

       (1)

где  - амплитуда и фаза напряжения обратной связи ,  - собственная частота автогенератора,  - постоянная времени,  - добротность контура,  - резонансное сопротивление контура, приведенное ко входу управления, ,  - резонансное сопротивление контура,  и  - амплитуды синфазной и квадратурной составляющих тока нелинейного элемента с учетом действия на него как основного автоколебания, так и внешнего напряжения.

Для нахождения этих составляющих тока аппроксимируем характеристику тока нелинейного элемента двучленом

            (2)

и, подставив , выделим составляющие с аргументом  , попадающие в полосу прозрачности колебательной системы.

Линейное  слагаемое,  очевидно, даст  составляющую тока  , а после подстановки  , где  во второе слагаемое (2), возведения в куб и проведения простейших тригонометрических преобразований, получим следующее общее  выражение  для тока:

          (3)

где

Подстановка этих выражений в (1) дает укороченные уравнения для автогенератора с внешним асинхронным воздействием.

При получении (3) был учтен асинхронный характер воздействия. А именно, имеет смысл рассматривать только составляющие на частоте , поскольку для остальных сопротивление контура представляет собой бесконечно малую величину.

Поскольку в рассматриваемом случае ток первой гармоники не содержит реактивной составляющей, частота колебаний совпадает с собственной частотой колебательного контура , как и в автономном генераторе. Влияние внешнего воздействия на амплитуду напряжения автогенератора получим из первого    укороченного уравнения (1), которое с учетом (3) имеет вид

                        (4)

После введения безразмерных амплитуд , где  ,  параметра регенерации  и обобщенного времени  укороченное уравнение можно привести к более компактной форме

или  ,        (5)

где  .   

Из полученного уравнения следует, что влияние амплитуды внешнего воздействия сводится к уменьшению эквивалентного параметра регенерации. Что касается основных зависимостей амплитуды колебаний от параметра регенерации, устойчивости стационарных режимов - все сохраняется, как в автономном генераторе. Сказанное иллюстрируется на рис. 3, где представлено графическое решение дифференциального уравнения (5) для различных амплитуд внешнего воздействия при . Из графиков следует, что с увеличением амплитуды внешнего  воздействия амплитуда стационарных колебаний  уменьшается и при  обращается в нуль, - т.е. колебания  подавляются. Такое явление называется явлением асинхронного тушения колебаний автогенератора. Физически это явление объясняется уменьшением средней  крутизны по первой гармонике за счет увеличения амплитуды внешнего воздействия из-за кубического члена аппроксимированной   характеристики нелинейности.

Можно распространить приведенные рассуждения для "жесткой" характеристики нелинейности, представленной полиномом . В определенном интервале  значений амплитуды внешнего воздействия наблюдается рост амплитуды  автоколебаний асинхронное возбуждение автоколебаний - за счет положительности кубического слагаемого характеристики нелинейности. С дальнейшим увеличением амплитуды внешнего воздействия асинхронное возбуждение сменяется асинхронным тушением амплитуды колебаний из-за возрастающего влияния слагаемого пятой степени характеристики нелинейности.

Рис. 3.

 ВНЕШНЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ С ЧАСТОТОЙ, БЛИЗКОЙ  К ЧАСТОТЕ АВТОНОМНОГО ГЕНЕРАТОРА.

Если частота внешнего воздействия близка к частоте колебаний   автономного автогенератора, в полосу прозрачности колебательной системы попадает составляющая тока с частотой  внешнего воздействия, что приводит к изменению не только амплитуды автоколебаний, но и частоты.  Докажем это утверждение.

Рассмотрим в качестве примера схему (рис. 4), где внешнее воздействие представлено источником тока  подключенным к колебательному контуру автогенератора (управляющему сопротивлению).

Полагая , где  - малая расстройка, запишем ток в виде

где  - аргумент напряжения на контуре,     ,

                                                                           (6)

Разлагая , получим амплитуды активной и реактивной составляющих тока внешнего воздействия

.

Подставим эти выражения в укороченные уравнения (1), полагая для простоты, что нелинейный элемент под воздействием напряжения на контуре  создает ток первой гармоники , совпадающей по фазе с напряжением. В результате получим следующие укороченные уравнения рассматриваемой системы:

                                   (7)

К полученной системе уравнений следует добавить уравнение, связывающее фазы  и , получающееся из выражения для разности фаз , которое после дифференцирования по времени и при условии постоянства частоты внешнего воздействия  имеет вид:                         

                                                                    (8)

Подставив сюда  выражение для , из (7), получим известное уравнение системы фазовой синхронизации первого порядка

                                                               (9)

где

Проведем приближенный анализ полученных уравнений, полагая, что  уровень воздействия относительно мал, т.е. . При этом предполагаем, что  условия самовозбуждения в автономном генераторе (при  ) выполнены, и существуют колебания с амплитудой, определяемой решением уравнения стационарного режима автономного автогенератора, получаемого из (7) при  и представляющего известное уравнение "баланса амплитуд"

                                                           (10)

При малом внешнем воздействии амплитуда колебаний изменяется  незначительно,  поэтому  уравнение  для  фазы  может рассматриваться

Рис. 4.

самостоятельно в предположении, что входящая в  амплитуда  постоянна и равна амплитуде колебаний в автономном генераторе.

Решение уравнения (9) удобно представить графически на плоскости . Для  возможные решения показаны на рис.5. Из них следует, что при любых начальных значениях фазы  решение (9) стремится к устойчивому состоянию равновесия с  постоянным значением фазы . Для нулевой расстройки  этим значением фазы соответствуют  и т.д., т.е. синфазный режим работы  генератора, при котором напряжение автоколебаний и ток внешнего воздействия совпадают по фазе. При других расстройках , значения стационарной разности фаз меняются, график этого изменения представлен на рис. 6 и представляет собой зависимость .

Рис. 5.

Заметим, что сам факт постоянства разности фаз двух колебаний - внешнего воздействия и автоколебаний означает, что их частоты совпадают, т.е. имеют место синхронный режим в пределах полосы расстроек

.

Рис. 6.

Так как частота внешнего воздействия задана, очевидно, что в синхронном режиме частота автоколебаний совпадает с частотой внешнего воздействия.

Равенство частот автоколебаний и внешнего воздействия следует также из записи

Если учесть,  что  то для  получим .

Область расстроек  называется зоной или полосой   синхронизма. Ее величину определим из выражения для , откуда следует

,

где  - отношение амплитуды тока внешнего воздействия к амплитуде тока первой гармоники активного элемента автогенератора. Обычно это отношение меньше единицы, поэтому относительные значения полосы синхронизма примерно порядка затухания контура автогенератора.

Рассмотрим, как ведет себя система вне полосы синхронизма, т.е. при  или . Решение (9) в этом случае представляется графиком, приведенное на рис. 7, из которого следует, что фаза  непрерывно меняется либо в положительном направлении , либо в отрицательном . Здесь,  очевидно, синхронного режима быть не может, следовательно, частота  колебаний в автогенераторе не равна частоте внешнего воздействия. Непрерывное изменение фазы  во времени приводит, как это следует из уравнений для амплитуды и поправки на частоту колебаний, к их периодическому изменению за счет входящих в правые части уравнений функций  и .  Поэтому такой режим называется режимом биений. Заметим, что фаза  меняется во времени неравномерно, для ряда ее значений  скорость ее изменения минимальна, для других  скорость ее изменения максимальна.

Рис. 7.                                        Рис. 8.

Медленные изменения соответствуют сближению частот, быстрые - их  расхождению. Изменение частоты колебаний во времени представленно на  рис. 8.  По мере уменьшения расстройки и приближения ее к границе зоны синхронизма "полупериод" биений, соответствующий сближению частот, все более увеличивается, стремясь к бесконечности на границе зоны синхронизма. При этом средняя за период биений частота колебаний автогенератора постепенно приближается к частоте внешнего воздействия и при расстройке  совпадает с ней, т.е. система входит в синхронный режим.

На рис. 9. представлены графики зависимости частоты колебаний от    частоты внешнего воздействия при фиксированной собственной частоте  контура. В пределах зоны синхронизма частота автоколебаний следует за частотой внешнего воздействия, вне полосы синхронизма средняя частота  автоколебаний постепенно расходится с внешней частотой, сближаясь с собственной частотой контура по мере удаления расстройки от зоны синхронизма.

На рис. 10. представлена зависимость частоты колебаний от  изменения собственной частоты контура при фиксированной частоте внешнего  воздействия. Здесь в пределах зоны синхронизма частота колебаний равна частоте внешнего воздействия, т.е. не зависит от собственной частоты контура. Вне зоны синхронизма по мере удаления от нее средняя частота колебаний приближается к собственной частоте контура.

Рис. 9.                                     Рис. 10.

Амплитуда колебаний в пределах зоны синхронизма несколько меняется,  она максимальна в центре зоны и уменьшается к ее границам. Вне зоны синхронизма, т.е. в режиме биений, амплитуда автоколебаний периодически меняется.

Выражение для средней частоты биений  можно получить из уравнения (5) для фазы , если провести его интегрирование и усреднить за период биений. Проведенное рассмотрение процесса  синхронизации автогенератора на близкой частоте в предположении малости амплитуды   внешнего воздействия отражает основные закономерности, хотя и носит приближенный характер. Для более детального исследования следует  конкретизировать характеристику активного элемента и провести анализ синхронизации на фазовой плоскости двух переменных: амплитуды  и фазы , уравнения для которых известны.


СИНХРОНИЗАЦИЯ НА КРАТНЫХ ЧАСТОТАХ. ДЕЛЕНИЕ И УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ

Если на активный элемент автогенератора (туннельный диод, лампу,  транзистор и др.) кроме основного колебания действует внешняя сила с  частотой, приближенно кратной частоте автономного генератора, в активном   элементе возникнут гармонические и комбинационные  составляющие тока, часть которых попадает в полосу пропускания контура и, следовательно, влияет на  процессы в автогенераторе. Механизм этого влияния такой же, как при синхронизации внешним током на близкой частоте, меняется лишь природа появления тока, который в данном случае является продуктом воздействия на  нелинейность напряжений двух частот - автоколебаний и внешнего воздействия.

Рассмотрим два наиболее характерных примера синхронизации на  кратных частотах - умножение и деление частоты на два.

Умножение частоты. Как отмечалось, важную роль при синхронизации на  кратных частотах играет нелинейность активного элемента. Чтобы при  внешнем  воздействии с частотой, вдвое меньшей собственной частоты контура, возник эффект синхронизации, нужно, чтобы появился ток второй гармоники от внешнего воздействия. Это возможно если характеристика активного элемента    содержит квадратичный член . В этом случае, если иметь в виду схему рис. 2, составляющие тока, попадающие в полосу пропускания контура, могут быть представлены в виде

что  позволяет получить следующие укороченные уравнения:

                                        (11)

где . Выражения для тока  получено после подстановки в выражение  напряжения

где .

Если обозначить  и продифференцировать  по времени, то получим с учетом второго уравнения (11)

                                                               (12)

где  - относительное входное воздействие.

Уравнения (11) и (12) аналогичны уравнениям рассмотренным при   синхронизации на основной частоте поэтому нет необходимости повторять  их  исследование. Подчеркнем лишь, что в пределах зоны синхронизма, т.е. при , получим устойчивое решение, где , что соответствует генерации на удвоенной входной частоте.

Из (12) следует, что полоса синхронизма в рассматриваемом случае пропорциональна затуханию контура  и относительной величине воздействия  ,  причем последнее зависит от коэффициента при квадратичном члене характеристики нелинейности.

Вне зоны синхронизма существует режим биений, в котором частота и  амплитуда колебаний периодически меняются во времени с частотой биений

При этом чем ближе  к границе полосы синхронизма  - тем ближе средняя за период биений частота колебаний автогенератора к удвоенной  частоте внешнего воздействия. Графики зависимости частоты колебаний от частоты внешнего воздействия  и собственной частоты контура  аналогичны рис. 9, рис. 10, если заменить в них  на .

Режимы умножения частоты возникают и при других кратностях частот.  В этих случаях важную роль играют те слагаемые идеализированной  характеристики нелинейности, которые создают под влиянием внешнего   воздействия гармонику тока, попадающую в полосу пропускания контура. Это условие требует наличия в характеристике нелинейности слагаемого n-й  степени, если рассматривается умножение частоты в n раз.

С увеличением кратности зона синхронизма уменьшается, поэтому  на практике синхронизацию с целью умножения частоты применяют для кратностей  частот не более . Исключение составляет так называемое радиоимпульсное умножение частоты с несколько иным механизмом синхронизации, позволяющее получить умножение частоты до кратностей порядка несколько сотен.

Деление частоты. Рассмотрим внешнее воздействие на одноконтурный автогенератор, полагая частоту напряжения  внешнего воздействия примерно вдвое большей собственной частоты колебательного контура автогенератора, т.е.

где  - малая расстройка. Составим укороченные уравнения для амплитуды и фазы колебаний в автогенераторе , полагая что характеристика нелинейности имеет квадратичный член . Составляющие  тока первой гармоники, образованные при действии на нелинейность напряжений  и , имеют вид

где  - разность фаз напряжений внешнего    воздействия и автоколебаний,  - составляющая тока  первой гармоники при асинхронном воздействии. В частности, при наличии в  характеристике слагаемых  получим

В дальнейших рассуждениях мы не будем конкретизировать вид зависимости , которая может быть в значительной степени  произвольной.  Укороченные уравнения в данном случае имеют вид:

                  (13)

К ним следует добавить уравнение для фазы

,                                                                  (14)

где

Полученные уравнения аналогичны уравнениям, рассмотренным выше для внешнего воздействия с частотой, близкой или вдвое меньшей частоты автономного генератора. Отличие - в выражениях для  и амплитуды тока , которая в данном случае является амплитудой составляющей разностной комбинационной частоты внешнего воздействия и автоколебаний, образуемой за  счет квадратичного члена характеристики нелинейности. Если принять, что  внешнее воздействие мало,  т.е. , то анализ полученных уравнений не  отличается от проведенного выше для других кратностей частот.

В пределах зоны синхронизма  существует стационарный режим, в котором амплитуда колебаний и фаза  постоянны во времени, при  этом частота автоколебаний равна половине внешней частоты. Такая система  в пределах зоны синхронизма может быть использована как делитель частоты.  

Вне зоны синхронизма, как и в рассмотренных ранее случаях,  существует режим биений, в котором частота автоколебаний и их амплитуда  периодически меняются, причем средняя частота тем ближе к внешней частоте, чем ближе расстройка к граничной. Механизм втягивания системы в синхронизм аналогичен случаю синхронизации на основной частоте, только роль синхронизирующего воздействия играет составляющая тока разностной комбинационной частоты.


2. ХОД РАБОТЫ.

2.1. ПОСТРОЕНИЕ АЧХ КОНТУРА

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.12. Установить переключатель обратной связи в положение "ВЫКЛ", переключатель емкости контура "" в положение "1". Амплитуда  входного сигнала равна 1В. Снять зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты внешнего воздействия. Частоту входного сигнала  менять в диапазоне от 2кГц до 200кГц. Полученные данные занести в таблицу. Построить АЧХ контура. Определить частоту резонанса, добротность контура. Повторить упражнение для других положений  переключателя емкости контура "".

Рис. 12

2.2. АНАЛИЗ  КОЭФФИЦИЕНТА  ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.13. Переключатель обратной связи "ОС" установить в положение  "ВЫКЛ.", переключатель емкости контура "" в положение "2", частоту генератора Г4-153 равной резонансной частоте контура. Смещение на   затворе транзистора соответствует линейному участку сток-затворной характеристики (см. рис.11, положение "1" на рисунке). Снять  зависимость амплитуды колебаний на выходе "2" от положения ручки "рег. ОС" и рассчитать значения коэффициента обратной связи для всех   отмеченных положений ручки. Полученные результаты занести в таблицу.

Рис. 13

2.3. СНЯТИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.12. Переключатель обратной связи "ОС" установить в положение  "ВЫКЛ.". Переключатель емкости контура "" установить в положение "1". Выставить частоту колебаний внешнего генератора Г4-153 равной  резонансной частоте контура автогенератора. Снять зависимость амплитуды колебаний на выходе "1" от амплитуды сигнала Г4-153. Амплитуду входного сигнала изменять в диапазоне (1-900 mВ)! Провести измерения для других положений переключателя "". Построить графики полученных зависимостей.

2.4. КАЧЕСТВЕННОЕ НАБЛЮДЕНИЕ РЕЖИМОВ  СИНХРОНИЗАЦИИ И ТУШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ

2.4.1. Наблюдение режима синхронизации

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.14. Переключатель обратной связи "ОС" установить в положение "ВКЛ", ручку "рег. ОС" в крайнее правое положение, переключатель  емкости контура "" в любое положение. Амплитуду колебаний   генератора Г4-153 установить в диапазоне 0.9 - 1В. Внешнее воздействие подается в цепь управления (вход "2"). Изменять частоту колебаний внешнего сигнала как в сторону уменьшения, так и в   сторону увеличения от резонансной частоты контура, добиться режима синхронизации.

Повторить упражнение для случая, когда внешнее воздействие  введено в контур (вход "1"). При этом переключатель "" можно оставить прежним.

Рис. 14

2.4.2. Наблюдение рeжима тушения

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.14. Установить переключатель обратной связи "ОС", емкости  контура "" и ручку "рег. ОС" в положения, описанные в п.2.3.1.  Внешнее воздействие вводится в цепь управления (вход "2") с  амплитудой от 0.9 до 1В. Изменять частоту внешнего сигнала от резонансной частоты контура в сторону увеличения и уменьшения,   добиться уменьшения амплитуды колебаний на выходе "1" системы. Тушение сигнала будет происходить при определенном значении коэффициента обратной связи.

Повторить упражнение для случая когда внешнее воздействие  введено в контур (вход "1"). При этом переключатель емкости контура "" оставить прежним.

2.5. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМА СИНХРОНИЗАЦИИ

2.5.1. Анализ зависимости полосы захвата от амплитуды внешнего воздействия

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.15. Переключатель обратной связи "ОС" установить в положение "ВКЛ", ручку "рег. ОС" в крайнее правое положение, переключатель емкости контура "" в положение "1". Внешнее воздействие вводить в  цепь управления. Частоту внешнего сигнала выставить больше частоты  резонанса, чтобы система находилась в режиме биений. Медленно  изменять частоту воздействия в сторону его уменьшения, добиться   режима синхронизма. Дальше, выставить частоту внешнего сигнала меньше частоты резонанса контура. Медленно изменять частоту сигнала в сторону увеличения, добиться режима синхронизма. Полученные данные занести в таблицу.

Амплитуду внешнего воздействия в начале выставить равным 0.1В. Далее, увеличивать до 1В с шагом 0.1В.

Повторить упражнение для других положений переключателя "", а также, когда внешнее воздействие введено в контур (вход "1"). Построить график зависимости полосы захвата от амплитуды внешнего воздействия.

Рис. 15

2.5.2. Анализ зависимости полосы захвата от коэффициента обратной связи

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.15. Переключатель обратной связи "ОС" установить в положение "ВКЛ", ручку "рег. ОС" в крайнее правое положение, переключатель емкости контура "" в положение "1". Внешнее воздействие вводить в  цепь управления (вход "2") частотой неравной резонансной частоте контура с постоянной амплитудой равной 0.5В. Найдите значение полосы захвата для отмеченных положений ручки "рег. ОС". Полосу  захвата  искать по методике, описанной в п.2.4.1. Полученные данные занести в таблицу.

Повторить упражнение для других положений переключателя "". Проделать упражнение, когда внешнее воздействие введено в контур (вход "1"). Построить график зависимости полосы захвата от коэффициента обратной связи.

2.6. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НА ВЫХОДЕ ГЕНЕРАТОРА ПРИ АСИНХРОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Для выполнения следующих двух упражнений собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис. 14. Для того,  чтобы посмотреть работу неавтономного генератора в асинхронном  режиме, необходимо выставить частоту внешнего воздействия равной . Воздействие подавать в цепь управления.

2.6.1. Зависимость амплитуды колебаний от амплитуды входного воздействия

Переключатель емкости контура установить в положение "1"; ручку "рег. ОС" - в положение, соответствующее срыву режима синхронизма. Выставите требуемую частоту с амплитудой 1В. Занесите  в  таблицу значение амплитуды колебаний на выходе "1". Далее начинайте  уменьшать амплитуду входного воздействия с шагом 0.1В.   Минимальное значение амплитуды равно 0.1В. Полученные данные должны быть  занесены в таблицу.

Повторить упражнение для других положений переключателя емкости контура "".

2.6.2. Зависимость амплитуды колебаний от коэффициента обратной связи

Переключатель емкости контура установить в положение "1"; ручку "рег. ОС" - в крайне правое положение. Выставите заданную  частоту с амплитудой 0.5В. Занесите в таблицу значение амплитуды  колебаний на выходе "1" при данном коэффициенте обратной связи.   Для отмеченных положений коэффициента обратной связи снять  зависимость амплитуды колебаний на выходе "1". Полученные  данные занести в таблицу.

Повторить упражнение для других положений  переключателя емкости контура "".

2.7. АНАЛИЗ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРА В РЕЖИМЕ УМНОЖЕНИЯ ЧАСТОТЫ

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.15. Переключатель обратной связи "ОС" установить в положение  "ВКЛ", ручку "рег. ОС" в крайнее правое положение, переключатель  емкости контура  "" в положение "1". Выставить частоту внешнего воздействия равной половине резонансной частоты для заданного положения переключателя "". Вращая ручку "рег. ОС", добиться режима синхронизма на кратной частоте.

Снять значение полосы захвата системы, работающей в заданном режиме, при различных значениях амплитуды  входного воздействия. Амплитуду входного воздействия менять в пределах от 0.2В до 1В с шагом 0.2В.

Повторить упражнение для других значений емкости контура. Полученные данные занести в таблицу.

2.8. КАЧЕСТВЕННОЕ НАБЛЮДЕНИЕ РАБОТЫ  ГЕНЕРАТОРА В РЕЖИМЕ ДЕЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ

Собрать лабораторную установку по схеме, приведенной на рис.15. Переключатель обратной связи "ОС" установить в положение "ВКЛ", ручку "рег. ОС" в крайнее правое положение, переключатель  емкости контура "" в положение "1". Выставить частоту внешнего  воздействия равной удвоенной резонансной частоте для заданного положения переключателя "". Амплитуда внешнего колебания равна  1В. Вращая ручку "рег. ОС", добиться режима синхронизма  соответствующего делению частоты внешнего воздействия на два.

Повторить для других положений переключателя емкости контура "".

ВОПРОСЫ ДЛЯ ЗАЧЕТА ПО ТЕМЕ

1. Получить дифференциальное уравнение генератора, приведенного на рис. 1а, для случая внешнего асинхронного гармонического воздействия.

2. Доказать существование "тушения колебаний" при асинхронном внешнем воздействии.

3. Дать физическое объяснение явлению "тушение колебаний".

4. Объяснить особенности зависимости амплитуды колебаний при асинхронном внешнем воздействии для жесткой характеристики транзистора.

5. Получить дифференциальное уравнение генератора, приведенного на рис. 1а, для случая внешнего воздействия с частотой, близкой к собственной частоте автогенератора.

6. Дать анализ возможных процессов в генераторе при различных частотных расстройках.

7. Построить зависимость частоты генерации от частоты входного гармонического воздействия.

8. Определение полосы синхронизации.

9. Векторная диаграмма токов и напряжений генератора, находящегося в режиме синхронизма.

10. Доказать возможность умножения частоты при внешнем гармоническом воздействии с частотой, близкой к субгармонике собственной частоты генератора. Чем определяется полоса синхронизации?

11. Доказать возможность деления частоты при внешнем гармоническом воздействии с частотой, близкой к собственной частоты генератора. Чем определяется полоса синхронизации?

12. Векторные диаграммы токов и напряжений генератора, находящегося в режиме деления и умножения частоты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андронов А.А., Вит А.А., Хайкин С.Э. "Теория колебаний." - М.: Наука, 1981г. - 568 с.

2. Капранов М.В. и др.  "Теория колебаний в радиотехнике." - М.: Наука, 1984г. - 320 с.

3. Рабинович М.И., Трубецков Д.И. "Введение в теорию колебаний и волн." - М.: Наука, 1984г. - 432 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2530. Измерение параметров периодический электрических сигналов 128.5 KB
  Изучить устройство и принцип действия электронного осциллографа. Научиться измерять с помощью осциллографа параметры периодических электрических сигналов – амплитуду, длительность и период.
2531. Методика измерения сопротивления, емкости и индуктивности с помощью универсального моста 113.5 KB
  Изучить теорию и сущность мостового метода измерения электрических величин. Овладеть методикой измерения сопротивления, ёмкости и индуктивности при помощи универсального моста. Мост измерения индуктивности путём сравнения индуктивности с ёмкостью.
2532. Определение времени жизни мюонов 113 KB
  Цель работы: изучить законы радиоактивного распада и оценить время жизни покоящихся мюонов. Мюоны (μ-мезоны) – нестабильные частицы с единичным положительным или отрицательным зарядом и массой, которая почти в 207 раз больше массы электрона.
2533. Изучение процессов зарядки и разрядки конденсатора 125.98 KB
  Изучить теорию зарядки и разрядки конденсатора, экспериментально получить зависимость напряжения на конденсаторе от времени при его зарядке и разрядке.
2534. Изучение магнитных свойств материалов и экспериментальное исследование ферромагнетиков 112.5 KB
  Опыт показывает, что намагничивание ферромагнетиков обусловлено ориентацией собственных (спиновых) магнитных моментов, электронов. Основной особенностью ферромагнетиков является существование в них спонтанно (самопроизвольно) намагниченных до насыщения небольших, но макроскопических объемов.
2535. Измерение магнитного момента полосового постоянного магнита при использовании компаса, линейки и секундомера 119.27 KB
  Подвесим полосовой постоянный магнит на очень тонкой нити в некотором магнитном поле. Поле создается каким – либо устройством или Землей, (в лабораторной установке используется магнитное поле Земли с индукцией B0).
2536. Изучение электрического тока в электровакуумном триоде 111.06 KB
  Изучить теорию электровакуумного триода, снять экспериментально анодно-сеточную и анодную характеристики электровакуумного триода, рассчитать параметры триода.
2537. Движение заряженных частиц в в электрическом и магнитном поле 97 KB
  Определение удельного заряда методом магнетрона. Движение заряженных частиц в магнитном поле.
2538. Измерение магнитного момента полосового постоянного магнита при использовании тангенс-буссоли и линейки 99.15 KB
  Тангенс-буссоль представляет собой устройствo, состоящее из N витков проволоки, намотанной на узкое кольцо из немагнитного материала. Концы проволоки присоединены к клеммам регулируемого источника тока I, величина которого измеряется миллиамперметром.