Рис.3.5.



Рис.3.6.


Лабораторная работа №4

«Исследование автоколебательных систем»
4.1. Исследование идеальной модели колебательной системы.

Соберите колебательную систему (контур) по рис.4.1 с номиналами L = 1..5 мкГн, С = 1..5 нФ (выберите произвольно). Для того, чтобы внести в колебательную систему начальную энергию, установите в качестве начального условия напряжение на емкости или ток через индуктивность в момент начала моделирования, для чего после номинала емкости или индуктивности в строке value через пробел запишите ic = 1 (т.е. напряжение на емкости равно 1 В, или ток через индуктивность равен 1 А).

С опротивление резистора возьмите равным 1 Ом. При этом в контур вносятся потери энергии и колебание будет затухающим. Запустите моделирование с шагом 1 нс, время моделирования 10..20 мкс. Повторите моделирование для контура без потерь (R = 0) и для контура с источником энергии в виде отрицательного сопротивления (R = -1 Ом). Сделайте вывод о различии характера колебаний для этих трех случаев.
4.2. Исследование транзисторного автогенератора.

4 .2.1. Соберите транзисторный автогенератор по схеме рис.4.2. В качестве модели транзистора возьмите несуществующую модель, набрав произвольное сочетание латинских букв и цифр в имени модели, в результате чего получится «идеальный» транзистор. Для получения индуктивной связи между катушками поставьте на схему элемент «К», который можно найти в меню Component\Analog Primitives\Passive Components. Для этого элемента в строке Inductors диалогового окна запишите через пробел позиционные обозначения связываемых катушек индуктивности, например, L1 L2, а в строке Coupling – коэффициент связи между катушками (см. расчет ниже). Обратите внимание на полярность подключения катушек друг относительно друга: для получения положительной обратной связи и, следовательно, возбуждения автоколебаний: она должна быть именно такой.

В соответствии с вашим номером по журналу или номером бригады N рассчитайте требуемую частоту автоколебаний в мегагерцах по формуле: F = 1+0.1N.

---

Выберите значение волнового сопротивления контура из интервала  = 30...100 Ом.

Рассчитайте индуктивность, емкость и добротность контура:
L = /, C = 1/, Q = /R4.
Рассчитайте эквивалентное сопротивление контура на резонансной частоте и коэффициент усиления каскада по напряжению:
R_э = Q, K_u = SR_э ,
где S – крутизна проходной характеристики транзистора в рабочей точке (для схемы на рис.4.2. S  1/R1 = 0.05 А/В).

Определите необходимый (с запасом) для возбуждения автоколебаний коэффициент положительной обратной связи:

К_ПОС = а / K_{u ,}
где а – фактор регенерации, иначе говоря - тот самый запас по самовозбуждению генератора; примите а = 1.8...2.2.

Задав значение коэффициента связи между обмотками Coupling = 0.9…1, рассчитайте индуктивность вторичной обмотки:
L2 = L1*(К_ПОС / Coupling)² .
Рассчитанные значения номиналов элементов поместите на схему. Запустите моделирование с шагом 1…3 нс, время моделирования 150..550 мкс, выведите графики напряжения на контуре v(out) и тока коллектора ic(Q1). В случае получения самовозбуждения они будут выглядеть так, как показано на рис.4.3. Если самовозбуждение отсутствует, возможна ошибка в расчетах или вводе схемы; проверьте полярность подключения обмоток трансформатора, попробуйте увеличить индуктивность вторичной обмотки трансформатора.


Рис.4.3
Проконтролируйте частоту полученных автоколебаний, проверьте, совпадает ли она с заданной вам по номеру варианта частотой. Если не совпадает – добейтесь соответствия.

4.2.2. Найдите по графику v(out) время установления автоколебаний для установленного на схеме значения параметра Coupling. Увеличивая и уменьшая этот коэффициент через 0.1, исследуйте зависимость времени установления амплитуды колебаний от его значения. Постройте на бумаге график этой зависимости.

Уменьшите значение коэффициента Coupling до 0.1…0.2. Пронаблюдайте форму затухающего колебания автогенератора с недостаточной для самовозбуждения обратной связью.

Верните прежнее значение коэффициента Coupling, которое обеспечивало устойчивую генерацию. Поменяйте полярность катушки обратной связи L2 (переверните её). Убедитесь, что колебания при этом стали затухающими. Верните прежнюю полярность катушки.

4.2.3. Рассмотрите график тока коллектора в районе установления и стабилизации амплитуды автоколебаний. Обратите внимание на одновременное действие двух механизмов стабилизации амплитуды: отсечки тока и перехода в перенапряженный режим.

---

Попробуйте избавиться от перехода транзистора в перенапряженный режим, оставив автогенератору один механизм стабилизации амплитуды – работу с отсечкой тока. Для этого необходимо снизить амплитуду автоколебаний уменьшением напряжения смещения транзистора. Ваша задача – уменьшая сопротивление резистора R3 добиться стабилизации амплитуды колебаний в недонапряженном режиме (в реальных автогенераторах это способствует повышению стабильности частоты). В следующих пунктах сохраните подобранное здесь сопротивление резистора R3.

4.2.4. Постройте фазовый портрет работы автогенератора для разных значений коэффициента связи между катушками Coupling, начиная от 1 и снижая его с шагом 0.2 до 0.2. (Фазовым портретом называется график, у которого по оси абсцисс отложены мгновенные значения этого процесса, а по оси ординат – их производная. Например, на рис.4.4 приведен график колебания и его фазовый портрет.) Для этого в окне задания на моделирование Transient Analysis Limits укажите в графе X Expression напряжение на емкости v(C1), а в графе Y Expression – ток через эту емкость i(C1). Для каждого значения коэффициента Coupling желательно проводить моделирование дважды – первый раз с включенным режимом Auto Scale Ranges, а второй раз – с выключенным, чтобы наблюдать построение графика в самом удобном масштабе.


Рис.4.4

4.2.5. Получите зависимость спектрального состава («спектральной чистоты») колебания автогенератора от величины положительной обратной связи. Для этого необходимо будет построить на бумаге график зависимости коэффициента гармоник колебания от величины значения коэффициента Coupling. Коэффициент гармоник вычисляется по формуле
,

где U _mi - амплитуды соответствующих гармоник выходного напряжения.

Чтобы получить амплитуды гармоник, необходимо провести спектральный анализ одного периода установившегося колебания напряжения v(out). Для этого, запустив анализ и выведя график v(out), необходимо как можно точнее измерить его период. После этого заполнить окно DSP Parameters меню Transient так, чтобы для анализа спектра остался один последний период установившегося колебания v(out), т.е. Upper Limit = tmax, а Lower Limit = tmax минус период колебания (образец заполнения окна DSP Parameters см. в лабораторной работе №3). В графе Y Expression задания на моделирование укажите harm(v(out)), не забудьте по оси Х отложить частоту F.

---

Проведите моделирование и измерьте амплитуды первых четырех гармоник для нескольких значений коэффициента Coupling, при которых возникают автоколебания, например, 1, 0.85, 0.7, 0.55. Теперь вы можете для каждого из них вычислить коэффициент гармоник и построить требуемый график.

С учетом всей проделанной работы сделайте вывод, какое значение коэффициента Coupling является наиболее рациональным для повышения качества работы автогенератора.

Библиографический список

1. Капранов М.В., Кулешов В.Н., Уткин В.Г. Теория колебаний в радиотехнике. М.: Наука, 1984. 320 с.

2. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Радио и связь, 1982. 280 с.

Содержание

Лабораторная работа №1……………………………………………..

Лабораторная работа №2……………………………………………..

Лабораторная работа №3……………………………………………..

Лабораторная работа №4……………………………………………..

Библиографический список…………………………………………..

---

Смотрите также файлы

• Практическая работа 5 Вариативное задание Проанализируйте педагогическую статью из периодической печати начала хх в. О дурном расположении духа в наставнике.docx

• На рисунке представлены графики функций спроса и предложения.docx

• .docx

• 2. Прикладные социологические исследования (американская школа) 6.docx

• Сынып 4 Оушылар саны 18.docx