Содержание отчета

1. Наименование и цель лабораторной работы.

2. Принципиальная схема исследуемого каскада с базовой АМ.

3. Эквивалентные схемы каскада с базовой АМ по ВЧ и НЧ токам.

4. Таблицы, графики и осциллограммы результатов исследования статических модуляционных характеристик.

5. Таблицы и графики результатов исследования динамических (амплитудной и частотной) характеристик.

6. Выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. В каких режимах осуществляется базовая модуляция смещением и почему?

2. Возможно ли осуществить амплитудную модуляцию в режиме колебаний 1-го рода (в режиме А)? Каким выбирают угол отсечки коллекторного тока в режиме максимальной мощности?

3. Как изменяются параметры импульсов коллекторного тока при базовой АМ?

4. Что служит нагрузкой модулятора и как рассчитать его мощность?

5. Что показывает амплитудная ДМХ?

6. Пользуясь принципиальной схемой лабораторного макета, объяснить ход частотной динамической модуляционной характеристики.

7. В чем недостатки амплитудной модуляции смещением?

8. Каковы основные причины нелинейности СМХ и АДМХ схем амплитудной модуляции смещением?

9. Привести типовые схемы амплитудно-модулируемых каскадов с модуляцией смещением. Объяснить принцип их действия.

10. Какой вид имеет схема эмиттерной амплитудной модуляции? На чем основана ее работа? В чем особенности эмиттерной модуляции?

11. Сформулировать условия выбора начального напряжения смещения и амплитуды напряжения возбуждения при базовой АМ.

3.4. Исследование коллекторнойамплитудной модуляции(Лабораторная работа №4)

Цель работы: изучить принципы осуществления АМ; изучить принципы построения и функционирования схемы коллекторной модуляции; исследовать статические и динамические модуляционные характеристики схем коллекторной и комбинированной АМ.

Основные теоретические сведения

Рекомендуется предварительно ознакомиться с основными теоретическими сведениями к лабораторной работе №3 «Исследование базовой амплитудной модуляции» (с. 37-41).

Коллекторная модуляция

В передатчиках большой и средней мощности широко используется коллекторная амплитудная модуляция, что объясняется ее более высокой энергетической эффективностью по сравнению с базовой. При коллекторной модуляции в цепь источника постоянного напряжения питания Е_К последовательно подается модулирующее напряжение u_МОД с выхода модулятора. При тональном модулирующем сигнале коллекторное напряжение определяется выражением

Е_К=Е_К0+U_МОДcos(Ωt)=Е_К0(1+тсоs(Ωt)). (20)

В этом случае амплитуда первой гармоники коллекторного тока

I_К1=I_К1МОЛ(1+mсоs(Ωt)) (21)

и его постоянная составляющая

I_К0=I_К0МОЛ(1+mсоs(Ωt)) (22)

изменяются практически по одному закону с m=U_МОД/Е_К0. Анализ влияния коллекторного напряжения на коллекторный ток, представленный на рис. 14, показывает, что достаточно линейная зависимость составляющих коллекторного тока I_К1 и I_К0 от напряжения Е_К, определяемого выражением (20) с учетом составляющей u_МОД(t), наблюдается в перенапряженном режиме. Для получения максимальной мощности на выходе максимальная точка на СМХ должна соответствовать граничному режиму. С учетом выражений (21) и (22)

ŋ=P₁/P₀=0,5(I_К1/I_К0)I_К1R_ЭК/E_К=0,5g₁()ξ=const, (23)

т.е. ŋ_СР=ŋ_МОЛ=ŋ_mах=0,75...0,8. Именно поэтому коллекторная модуляция используется в выходных каскадах мощных радиопередающих устройств, определяющих полный КПД радиопередатчиков.

Рис. 14.Коллекторная амплитудная модуляция: а) статическая модуляционная характеристика (ПР – область перенапряженного режима; НР – область недонапряженного режима);б) выходная ВАХ транзистора и временные диаграммы коллекторного тока

Однако в чистом виде коллекторная модуляция практически не используется из-за чрезмерного возрастания напряженности режима работы вблизи Е_К=0, резкого возрастания токов базы в области перенапряженного режима (или сетки в лампах) и нелинейности СМХ в целом. Эти недостатки отчетливо заметны в СМХ, показанной на рис. 14,а. Кроме того, недостатком коллекторной модуляции является большая требуемая мощность модулятора.

В соответствии с выражением (22) в составляющей коллекторного тока I_К0(t) содержатся постоянная составляющая I_К0МОЛ и переменная модулирующей частоты I_КМОД=тI_К0МОЛ. Средняя мощность, потребляемая коллекторной цепью генератора от источника питания и модулятора за период модулирующей частоты, с учетом выражений (22) и (23) для изменяющихся напряжения Е_К(t) и тока I_К0(t) равна

P_0СР=P_0МОЛ+P_МОД=E_К0I_К0МОЛ+0,5m²E_К0I_МОЛ=P_0МОЛ(1+0,5m²).

При m=1, P_0СР=1,5P_0МОЛ, а P_МОД=P_МОДmax=0,5P_0МОЛ.

Эквивалентное сопротивление нагрузки модулятора R_МОД=U_МОД/I_КМОД в процессе модуляции постоянно и не зависит от величины глубины модуляции m. Вследствие этого нелинейные искажения малы.

Так как КПД в соответствии с выражением (23) в процессе модуляции остается постоянным, средняя рассеиваемая мощность равна Р_РАС.СР=Р_0СР-Р_1СР=P_{РАС.МОЛ}(1+0,5m²). Следовательно, при коллекторной модуляции именно средний режим, а не режим молчания (как при базовой), определяет тепловой режим коллектора транзистора. В максимальном режиме при т=1 коллекторное напряжение должно выбираться из условия E_Кmax=E_К0(1+m)<Е_ДОП, где E_ДОП – максимально допустимое напряжение источника коллекторного питания. Поэтому в максимальном режиме транзистор при коллекторной модуляции рассеивает практически такую же мощность, как и при базовой.

В транзисторных радиопередатчиках обычно используются комбинированные виды модуляции: комбинированная коллекторно-базовая за счет автосмещения в базовой цепи, тройная коллекторная модуляция с принудительной коллекторной модуляцией оконечного и предоконечного каскадов и с автоматической в базе оконечного каскада, а также автоматическая коллекторная модуляция, аналогичная автоанодной модуляции. Угол отсечки коллекторного тока в максимальном режиме выбирается в пределах 80°< <90°.

Литература для самостоятельной подготовки: [1; 2, гл. 5.1-5.5; 3; 4, гл. 6; 7(5), гл. 20.1, 20.2, 21.1-21.6].