AKADEMIA GÓRNICZO - HUTNICZA W KRAKOWIE			Rafał Szemraj Paweł Straszak Paweł Komsa
EAIiE	2001/2002		Rok II Semestr IV	Elektrotechnika		Rok B Grupa 8
Temat: Generatory sinusoidalne LC.
Data wykonania: 2002-05-16		Data zaliczenia:			Ocena:

1. Wstęp teoretyczny.

Generatorami sygnałów sinusoidalnych nazywamy układy wytwarzające przebiegi elektryczne o kształcie zbliżonym do sinusoidy. Podstawową zasadą działania generatora jest zamiana energii źródła napięcia (prądu) stałego na energię napięcia (prądu) zmiennego o określonym kształcie, częstotliwości i amplitudzie. Przemiana tej energii przebiega niemal zawsze z pewnymi stratami toteż dla niektórych generatorów (zwłaszcza generatorów mocy) ważnymi parametrami są sprawność oraz moc wyjściowa. Natomiast wszystkie generatory charakteryzuje tzw. współczynnik stałości częstotliwości lub okresu (odpowiednio:
i
. Działanie generatorów polega na wytwarzaniu drgań, które są wzbudzane za pomocą elementu o rezystancji ujemnej lub z wykorzystaniem sprzężenia zwrotnego. W generatorach LC wykorzystuje się układy wzmacniaczy tranzystorowych objętych pętlą sprzężenia, która składa się ze skupionych lub rozłożonych pojemności i indukcyjności. Jest to obwód rezonansowy, od którego parametrów zależy częstotliwość generowanego sygnału. Badane przez nas na ćwiczeniu generatory pracowały samowzbudnie (astabilnie), czyli bez konieczności sterowania sygnałem zewnętrznym.

WARUNKI GENERACJI:

• Warunek amplitudy
  

• Warunek fazy
  

2. Badanie generatora pasmowego objętego pętlą sprzężenia zwrotnego:

Poniższy rysunek (rys. 1) przedstawia trzystopniowy wzmacniacz pasmowym o wzmocnieniu w zakresie średnich częstotliwości k_U0 ≅ 7[V/V]. Pierwszy oraz ostatni stopień tego wzmacniacza stanowią wtórniki emiterowe (T₁, T₄), pełniące rolę separatorów. Wzmocnienie napięciowe zapewnia stopień środkowy, pracujący w układzie niesymetrycznego wzmacniacza różnicowego. Górną częstotliwość graniczną badanego wzmacniacza wyznacza filtr dolnoprzepustowy R₇ C₂, który wprowadza biegun dominujący f_g ≅ 3,6 kHz. Od dołu pasmo ograniczane jest przez filtr górnoprzepustowy - R₃ C₁. Rezystancja R₃ może być regulowana płynnie - R₃₁ oraz - R₃₂. Dzięki temu możliwa jest zmiana dolnej częstotliwości granicznej, a zarazem i kształtu charakterystyk amplitudowych oraz fazowych wzmacniacza.

Należy zwrócić uwagę na to, że w wyniku zastosowania wtórników T₁ i T₄, impedancja wejściowa wzmacniacza nie obciąża jego wyjścia po zamknięciu pętli sprzężenia zwrotnego.

Po zamknięciu pętli sprzężenia zwrotnego i ustawieniu rezystancji według zaleceń zmierzyliśmy amplitudę i częstotliwość generowanego sygnału:

Zwiększanie wartości rezystora R₃₂ powoduje zmniejszenie generowanej częstotliwości oraz zniekształcenie sygnału. Zmniejszenie R₃₁ powoduje zmniejszanie się amplitudy (przy odpowiednio małej wartości tej rezystancji drgania zanikają).

Rysunek 1: Kształt generowanego sygnału

Rysunek 2: Sygnał zniekształcony

Po zaobserwowaniu charakterystyk Bodego powyższego generatora otrzymaliśmy następujące wartości wzmocnienia i fazy dla generowanej częstotliwości:

Dla

Widzimy zatem, że dla generowanej częstotliwości prawie idealnie spełnione są warunki generacji.

Jak widzimy, dla częstotliwości 9,24 kHz warunki generacji spełnione są w wystarczającym stopniu. Wartość amplitudy sygnału oraz wartość dolnej częstotliwości granicznej zależą od elementów pętli sprzężenia zwrotnego. Regulując potencjometrami zmieniamy wartość wzmocnienia i f_dg, a co za tym idzie, zmienia się kształt generowanego sygnału (warunki generacji nie są spełniane przy przypadkowych wartościach R₃₁ i R₃₂.

3. Badanie generatora Collpittsa:

Jak widzimy generator Colpittsa pracuje z wzmacniaczem opartym na tranzystorze bipolarnym zasilanym przez dławik. Podpięte bezpośrednio do kolektora, emitera i bazy kondensatory separują zasilanie od obwodu generującego. Sterując źródłem prądowym emitera możemy zmieniać punkt pracy tranzystora a co za tym idzie parametry wzmacniacza co wpływa na generowaną częstotliwość.

Dla L₁ = 15 μH, C₂ = 2.2 nF, R₀ = 33 kΩ

Ie [mA]	Tgen [ns]	fgen [MHz]
0,8	993	1,007
1	975	1,026
1,5	973	1,027
2	975	1,026

Obliczanie częstotliwości teoretycznej:

4. Badanie generatora Clappa:

Generator Clappa jest zmodyfikowaną wersją generatora Collpittsa - w szereg z indukcyjnością obwodu rezonansowego włączona jest jeszcze jedna pojemność co zmienia właściwości układu

Dla L₁ = 15 μH, C₂ = 1 nF, R₀ = 47 kΩ

Ie [mA]	Tgen [ns]	fgen [MHz]
0,8	457	2,188
1	455	2,197
1,5	455	2,197
2	456	2,193

Obliczanie częstotliwości teoretycznej:

5. Wnioski:

• Generator Clappa powinien charakteryzować się teoretycznie większą stałością częstotliwości niż generator Colpittsa o podobnych parametrach. W naszym ćwiczeniu stałość częstotliwości dla obu generatorów była podobna, z tymże generator Clappa generował sygnał o częstotliwości dwukrotnie wyższej.

• Niewielka zmiana prądu emitera (zmiana punktu pracy tranzystora) powoduje niewielkie lecz widoczne zmiany częstotliwości generowanej przez układy.

• Zmiana parametrów w obwodzie sprzężenia generatora pasmowego powoduje duże zmiany sygnału generowanego (od zmian amplitudy i częstotliwości aż po zniekształcenie sygnału.

• Sygnał generowany przez generator pasmowy miał kształt najbardziej zbliżony do sinusoidy dla częstotliwości 9,24 kHz. Dla tej wartości spełnione są warunki generacji.

Rys. 1. Wzmacniacz pasmowy

R3

Rys. 2. Generator Collpittsa

Rys. 3. Generator Clappa

---