Практикум по микроэлектронике (стр. 17 )

При неизменном входном напряжении КСН рассчитать выходные сопротивления по формуле (8.4). При расчете RВЫХ использовать пары точек 1, 4; 4, 7; 1, 7; 2, 5; 5, 8; 2, 8; 3, 6; 6, 9; 3, 9 табл.14.1.

Таблица 8.1 - Результаты экспериментального исследования КСН

№ точки	B	B	I2 A	B	B	q2	KC	KCT	RВЫХ Ом
1	U1min		0
2	U1ном		0
3	U1max		0
4	U1min		I1ном/2
5	U1ном		I1ном/2
6	U1max		I1ном/2
7	U1min		I1ном
8	U1ном		I1ном
9	U1max		I1ном

Методические указания

Компенсационный стабилизатор напряжения (КСН) является схемой стабилизации с отрицательной обратной связью по выходному напряжению. Функциональная схема, пригодная для всех типов КСН приведена на рис.14.2.

Рис.14.2. Функциональная схема КСН

ЭС – элемент сравнения (сумматор),

У – усилитель, РЭ – регулирующий элемент,

ДН – датчик (делитель) напряжения.

Опорное (задающее) напряжение UОП сравнивается в элементе сравнения с сигналом датчика напряжения ДН равным , который пропорционален выходному напряжению КСН U2. Полученная ошибка усиливается усилителем У и воздействует на регулирующий элемент РЭ таким образом, чтобы свести ошибку к нулю. Из-за конечного коэффициента усиления усилителя и регулирующего элемента ошибка не может быть полностью устранена. Реальные схемы КСН отличаются реализацией усилителя, регулирующего элемента, способа сравнения. Основным требованием к стабилизации напряжения является отрицательный результирующий знак коэффициента передачи сигнала по замкнутому контуру при его значении значительно большем единицы. Напряжение, которое стабилизирует КСН равно .

Ошибка в выходном напряжении связана с наличием возмущений. Основных возмущений два: нестабильность напряжения U1 питающего КСН и изменение тока нагрузки I2. Эффективность КСН в подавления действия возмущений также оценивается двумя параметрами.

Коэффициент стабилизации показывает, во сколько раз снижается относительное отклонение напряжения после стабилизации при неизменном токе нагрузки

, при I2 = const. (8.3)

Выходное сопротивление оценивает влияние тока нагрузки на выходное напряжение КСН

, при U1 = const. (8.4)

Коэффициент сглаживания оценивает подавление пульсаций

. (8.5)

Литература: 2, стр. 278-286; 4, стр.45-56

Контрольные вопросы

1. Работа КСН при изменении входного напряжения и тока нагрузки?

2. Вид внешней характеристики КСН в рабочем диапазоне токов и за его пределами?

3. Чем ограничен ток короткого замыкания КСН?

3. Методика экспериментального определения параметров КСН?

4. Влияние изменения параметров отдельных элементов КСН на общие параметры КСН?

Тема 15. Исследование LC - автогенераторов

Цель: Изучение и исследование характеристик-некоторых типов автогенераторов синусоидальных колебаний.

LC - автогенераторы. В работе изучается автогенератор на биполярном транзисторе, собранный по емкостной трехточечной схеме (рис. 15.1). Резонансный усилитель (схема ОЭ) с контуром LkC1C2, частично включенным в коллекторную цепь транзистора с помощью конденсатора С1, охвачен положительной обратной связью. Напряжение обратной связи ŮС2,подается в базовую цепь транзистора с конденсатора С2. Резисторы Rk, R1, R2, RЭ = обеспечивают нормальный режим работы транзистора по постоянному току. За счет введения небольшой отрицательной обратной связи, обусловленной наличием резисторов и , и ее регулировки можно в некоторой степени регулировать амплитуду выходного напряжения. Конденсатор С3 разделительный.

При включении источника питания +Eк в коллекторной цепи транзистора появляется ток ik (рис. 15.3, а), а также токи iC1, iC2 (рис. 15.3, б) и ток iL в элементах контура. Ток, iC2 создает на зажимах конденсатора С2 напряжение uС2, фаза которого такова, что оно способствует возрастанию токов ik, iC1, iC2, что еще больше увеличивает напряжение uС2 и т. д. (положительная обратная связь). При этом больше всего усиливается составляющая коллекторного тока с частотой

ω0=1/ где СЭ=С1С2/(С1 + С2),

на которой коэффициент усиления максимален. Возрастание входного и выходного напряжений сопровождается уменьшением коэффициента усиления усилительного каскада до тех пор, пока не начнет выполняться условие (15.1). При этом в автогенераторе устанавливается режим стационарных колебаний, амплитуда и частота которых остаются постоянными.

На рис. 15.3 графически показан описанный процесс установления стационарных колебаний. Благодаря высокой добротности контура LKC1C2 форма выходного напряжения синусоидальна, его амплитуда в установившемся режиме (рис. 15.3, в) определяется ЭДС источника питания +Eк, коэффициентом обратной связи β, параметрами транзистора (h11, h21, h22) и контура (Lk, С1, С2) и активным сопротивлением катушки R'к. Регулировка амплитуды колебаний автогенератора производится изменением напряжения источника ЭДС +Eк или сопротивления резистора R'Э. Частота колебаний определяется по формуле

(15.3)

Регулировка частоты осуществляется изменением параметров контура LКC1C2.

Коэффициент обратной связи β - это отношение входного напряжения усилителя

Ůвх=ŮБ =ŮС2 к напряжению на выходе автогенератора Ůвых=ŮК =ŮС1:

β=≈ (15.4)

Если учесть, что коэффициент усиления усилительного каскада на резонансной частоте ω0 имеет фазовый угол φ = -π, то сумма фазовых углов [см. условие (5.2а)] будет равна нулю, т. е. баланс фаз будет выполняться только для одной частоты.

RC-автогенераторы. Рассмотрим RС-генератор синусоидальных колебаний с мостом Вина, схема которого изображена на рис. 15.4. Если считать, что к входным зажимам ас моста Вина приложено напряжение Ůac с частотой ω = 2πƒ, то для напряжения ŮBC на выходных зажимах моста можно записать

(15.5)

Рисунок 15.1 - Автогенератор на биполярном транзисторе

На основании формулы (5.5) коэффициент передачи моста Вина β=, где

 

(15.6)

(15.7)

На рис. 5.5 приведена зависимость модуля коэффициента передачи |β| и угла фазового сдвига ψ от частоты. На частоте f0=1/(2πCR), называемой частотой квазирезонанса, коэффициент передачи β имеет максимальное значение:

β= 1/3, (15.8)

а фазовый сдвиг ψ между входным и выходным напряжениями равен нулю. Можно показать, что эквивалентная добротность моста Вина Qэк=1/3.

Для самовозбуждения усилителя с мостом Вина в цепи обратной связи необходимо, чтобы усилитель обладал достаточным коэффициентом усиления для компенсации потерь напряжения в цепи обратной связи; кроме того, угол фазового сдвига между выходным и входным напряжениями усилителя должен быть равен нулю. Этим условиям удовлетворяет неинвертирующий усилитель на ОУ с мостом Вина в цепи положительной обратной связи (ПОС) (рис. 15.6). Частота генерируемых синусоидальных напряжений