Лабораторная работа №10 Исследование схем генераторов с обратной lc-связью. Генератор Колпитца, генератор Клаппа

Цель работы изучить принципы построения генераторов и методы их исследования с применением программного продукта Multisim

Теоретические сведения

LC-генераторы примeняютcя в paдиoчacтотнoм диaпaзoнe для гeнeриpoвaния кoлeбaний. Генераторы с обратными LC-связями на частотах до 500 МГц обеспечивают применение элементов с небольшой индуктивностью в сочетании с конденсаторами, в данном случае обратная связь обеспечивает нулевой сдвиг фазы на частоте генерации, так как сигналы совпадают по фазе в цепях эмиттера и коллектора транзистора это условие легко выполнить.

Применяемых в генераторах контуры показаны на рисунке 1.10.1.

а – LC-контур Колпитца; б – LC-контур Клаппа

Рисунок 1.10.1 Схемы контуров обратной связи

Задание 1.10.1. Исследование генератора Колпитца

Для выполнения лабораторного задания необходимо собрать схему, приведенную на рисунке 1.10.2.

Параллельный резонансный LC-контур является основой генератора Колпитца, включенный в цепь базы и на резонансной частоте представляет собой активное сопротивление, а на частотах, отличных от резонансной, сопротивление контура имеет либо емкостной, либо индуктивный характер.

Рисунок 1.10.2 Схема генератора Колпитца

На схеме к каналу А осцилографа подключено выходное напряжение, а к каналу Б подключен сигнал обратной связи, формируемые с генератора Колпитца.

Параметры схемы генератора выбрать из таблицы 1.9.1.

Таблица 10.1 Варианты параметров для моделирования генератора Колпитца

Вариант	L1, мГн	С1=С2, нФ	Вариант	L1, мГн	С1=С2, нФ	Вариант	L1, мГн	С1=С2, нФ
1	1	10	9	2	82	17	4	20
2	1	20	10	2	100	18	4	42
3	1	42	11	3	10	19	4	82
4	1	82	12	3	20	20	4	100
5	1	100	13	3	42	21	5	10
6	2	10	14	3	82	22	5	20
7	2	20	15	3	100	23	5	42
8	2	42	16	4	10	24	5	82

Частота резонанса для генератора Колпитца определяется ,

Откуда _, где .

1) Занести в таблицу 1.10.2 результаты влияния на частоту изменения величины индуктивности L1 при C1=C2. Расчетать частоты по формуле для указанных параметров элементов по своему варианту и измерить с помощью осциллографа частоту и оценить форму колебаний.

Таблица 1.10.2 Влияние изменения величины индуктивности L1 на частоту

L1, мГн	0,8 L1	L1	1,2L1
f, Гц

На основе полученных данных таблицы 1.10.2 построить график зависимости частоты от изменения величины индуктивности L1 и сравнить полученные даные с показанием осцилографа.

2) Занести в таблицу 1.10.3 результаты влияния на частоту изменения величины емкостей С1 и С2.

Таблица 1.10.3 Влияние изменения величины величины емкостей С1 и С2на частоту

L1, мГн	L1	L1	1,2L1
C1=C2, нФ	0,8(C1=C2),	C1=C2	1,2(C1=C2),
f, Гц

Задание 1.10.2. Исследование генератора Клаппа

Для выполнения лабораторного задания собратьсхему генератора Клаппа, приведенную на рисунке 1.10.3. Генератор Клаппа является вариантом генератора Колпитца, где напряжение обратной связи снимается с емкостного делителя. Ток контура протекает через три емкости и индуктивность, эти компоненты схемы определяют резонансную частоту. Для моделирования схемы выбрать параметры генератора из таблицы 1.10.4.

Рисунок 1.10.3 Схема для моделирования генератора Клаппа

Таблица 1.10.4 Параметры для генератора Клаппа

Вариант	L1, мГн	L2, мГн	C1=C2, нФ	Вариант	L1, мГн	L2, мГн	C1=C2, нФ
1	20	40	10	13	10	20	82
2	20	40	20	14	10	20	100
3	20	40	42	15	5	10	10
4	20	40	82	16	5	10	20
5	20	40	100	17	5	10	42
6	15	30	10	18	5	10	82
7	15	30	20	19	5	10	100
8	15	30	42	20	2,5	5	10
9	15	30	82	21	2,5	5	20
10	15	30	100	22	2,5	5	42
11	10	20	10	23	2,5	5	82
12	10	20	20	24	2,5	5	100

На осцилографе к каналу А подключено выходное напряжение, а к каналу Б подключен сигнал обратной связи.

1) Занести в таблицу 1.10.5 результаты влияния на частоту изменения величин индуктивностей L1, L2 при C1=C2 и измерить с помощью осциллографа частоту и оценить форму колебаний.

Таблица 1.10.5 Влияние изменения индуктивностей L1, L2 на частоту

L1, мГн	0,8 L1(L2)	L1(L2)	1,2L1(l2)
f, Гц

На основе полученных данных таблицы 1.10.5 построить график зависимости частоты от изменения величины индуктивностей L1, L2 и сравнить полученные даные с показанием осцилографа.

2) Занести в таблицу 1.10.6 результаты влияния на частоту изменения величин емкостей С1 и С2.

Таблица 1.10.6 Влияние изменения емкостей С1 и С2 на частоту

L1, мГн	L1(L2)	L1(L2)	L1(L2)
C1=C2, нФ	0,8(C1=C2),	C1=C2	1,2(C1=C2),
f, Гц

На основе полученных данных таблицы 1.10.6 построить график зависимости частоты от изменения величины емкостей С1 и С2 и сравнить полученные даные с показанием осцилографа.

Задание 1.10.3. Исследование LC-генератора на логических элементах

Для исследования необходимо собрать схему, приведенную на рисунке 1.10.4. LC-генератор на логических элементах представляет собой инвертор, в котором напряжение ОС снимается с LC-контура. Частота генератора определяется по формуле , причем эквивалентная емкость С соответствует параллельному включению конденсаторов С1 и С2, то есть C = C1*C2/(C1+C2). В этой схеме сигнал ОС поступает на инвертор через LC-контур, который благодаря возможности изменять временной сдвиг фазы позволяет изменять частоту генерации при изменении параметров компонентов контура L и С.

Рисунок 1.10.4 Схема LC-генератора на логических элементах

Для моделирования схемы генератора на логических элементах задать параметры в соответствии с вариантом из таблицы 1.10.7.

Таблица 1.10.7 Параметры для моделирования LC-генератора на логических элементах

Вариант	L1, мГн	C1=C2, нФ	Вариант	L1, мГн	C1=C2, нФ
1	20	10	13	10	82
2	20	20	14	10	100
3	20	47	15	5	10
4	20	82	16	5	20
5	20	100	17	5	47
6	15	10	18	5	82
7	15	20	19	5	100
8	15	47	20	2,5	10
9	15	82	21	2,5	20
10	15	100	22	2,5	42
11	10	10	23	2,5	82
12	10	20	24	2,5	100

Выходного сигнала LC-генератора подключен к каналу А осцилографа, а сигнал обратной связи подключен к каналу Б.

1) для указанных параметров элементов измерить частоту и оценить форму колебаний.

Занести в таблицу 1.10.8 результаты влияния на частоту изменения величин индуктивностей L1, L2 при C1=C2.

Таблица 1.10.8 Влияние изменения индуктивностей L1, L2 на частоту

L1, мГн	0,8 L1	L1	1,2L1
f, Гц

На основе полученных данных таблицы 1.10.8 построить график зависимости частоты от изменения величины индуктивностей L1, L2 и сравнить полученные даные с показанием осцилографа.

2) Занести в таблицу 1.10.6 результаты влияния на частоту изменения величин емкостей С1 и С2 при условии С1=С2.

Таблица 1.10.9 Влияние изменения емкостей С1 и С2 на частоту

L1, мГн	L1	L1	L1
C1=C2, нФ	0,8(C1=C2),	C1=C2	1,2(C1=C2),
f, Гц

На основе полученных данных таблицы 1.10.6 построить график зависимости частоты от изменения величины емкостей С1 и С2 и сравнить полученные даные с показанием осцилографа.

3) измерить напряжения переключения логического элемента U1.