2.2. Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на функциональном модуле лабораторного стенда «Исследование нелинейных цепей» (рис. 1.5).

В работе используются полевой транзистор типа КП903 , колебательный контур, регулируемый источник смещения U_см , резисторы и конденсаторы цепи истока транзистора R7, R8, C7, C8. Цепь нелинейного усилителя набирается с помощью перемычек, соединяющих соответствующие коммутационные гнезда.

В качестве источника входного сигнала используется генератор типа GFG 8515A или SFG 2110. Сигнал с генератора подается на гнезда Вх. ВЧ и через дополнительный линейный усилитель с коэффициентом усиления К  5 поступает на вход нелинейного усилителя. Необходимое смещение на затворе транзистора устанавливается ручкой V_см и контролируется вольтметром GDM 8246 , работающим в режиме измерения постоянного напряжения (DCV).

Для измерения напряжения на контуре используются вольтметр GDM 8246 в режиме измерения переменного напряжения (ACV).и осциллограф GOS 620FG, подключаемые к стоку транзистора.

Настройка контура в резонанс производится конденсатором переменной емкости С .

2.3. Домашнее задание

1. Изобразить принципиальные схемы нелинейных резонансных усилителей на полевых транзисторах без автосмещения и с цепью автоматического смещения.

2. Переписать числовые данные к лабораторной работе (в лаборатории Р-401): рабочая частота, параметры колебательного контура (f_p,- частота резонанса, L - индуктивность, Q - добротность, p – коэффициент включения).

Частота резонанса и частота сигнала для нелинейного усилителя должны совпадать в расчетах и в эксперименте. Номер лабораторного стенда соответствует номеру бригады.

3. Для заданных параметров контура (f_p, L, Q, p) рассчитать эквивалентное сопротивление контура при резонансе.

4. Рассчитать колебательные характеристики U_1m(U_m), S₁(U_m) для усилителя и U_2m(U_m), S₂(U_m) для удвоителя частоты, считая, что режим работы транзистора остается недонапряженным, при трех видах аппроксимации:

• полиномиальной - для напряжения смещения U_см = U₁ (размах входного напряжения не должен превышать участка характеристики транзистора, использованного при аппроксимации);

• при кусочно-линейной -: U_см = U₁ Напряжение U₁ соответствуют току стока 1 мA.

• для аппроксимации методом пяти ординат при таких же значениях амплитуды входного напряжения, как для кусочно-линейной аппроксимации.

5. Определить по рассчитанным колебательным характеристикам (полученным при разных аппроксимациях) значения входных напряжений U_mкр , соответствующие критическому режиму (при которых амплитуды напряжения на стоке: U_1m=E_c – U_ост , где E_c =12 B; U_ост  3B - (остаточное напряжение между истоком и стоком в граничном режиме).

6. Определить коэффициенты усиления нелинейного резонансного усилителя при амплитудах входного напряжения, составляющих 70% от критических (при соответствующих напряжениях смещения) и коэффициент усиления удвоителя частоты при таком же значении амплитуды выходного напряжения.

2.4. Лабораторное задание и методические указания

1. Исследовать резистивный нелинейный усилитель: получить и зарисовать осциллограммы выходного напряжения при U_см = U₁ для амплитуд входного колебания U_m =0.7U_mкр. Для этого:

1.1. Подготовить и включить приборы и лабораторный стенд. Собрать схему исследования, в качестве нагрузки транзистора включить резистор R₁.

Установить заданное смещение рабочей точки транзистора, для чего подключить вольтметр GDM 8246 (в режиме измерения постоянного напряжения - DCV) параллельно сопротивлению нагрузки (R₁ = 3 кOм). По падению напряжения на этом сопротивлении измерить ток стока. Изменяя смещение ручкой V_СМ, установить необходимый ток покоя (1 мА).

Установить частоту колебаний генератора GFG 8515A равной резонансной частоте контура f_{p .}

Подключить генератор к гнездам Вх. ВЧ . Подключить осциллограф GOS 620FG левым входом к затвору транзистора, правым - к стоку транзистора.

1.2. Устанавливая последовательно амплитуду переменного напряжения на затворе транзистора U_m = 0.2U_mкp и U_m= 0.7U_mкp, получить и зарисовать осциллограммы напряжения на выходе нелинейного резистивного усилителя.

2. Снять колебательную характеристики нелинейного резонансного усилителя без автосмещения при напряжении смещения U₁ (ток стока транзистора равен 1 мА).

2.1. Включить параллельный контур в нагрузочную цепь усилителя. Наблюдая при помощи осциллографа за выходным напряжением, настроить контур в резонанс ручкой «С».

2.2. Изменяя выходное напряжение генератора, снять зависимость выходного напряжения исследуемого усилителя от входного. На выходе и на входе напряжение измерять осциллографом. Входное напряжение изменять в диапазоне от 0,05Umкp до 3Umкp.

3. Исследовать нелинейный резонансный усилитель в режиме удвоения частоты. Получить и зарисовать осциллограмму напряжения на выходе в этом режиме. Определить коэффициент усиления. Для этого:

3.1. Установить амплитуду входного колебания U_m = U_mкp .

Перестраивая контур, добиться резонанса контура на частоте второй гармоники.

3.2. Изменяя выходное напряжение генератора, снять зависимость выходного напряжения исследуемого усилителя от входного (измерить колебательную характеристику по второй гармонике).

3.3. Подобрать смещение и амплитуду напряжения на выходе генератора, соответствующие максимуму второй гармоники. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения. Определить коэффициент усилителя – удвоителя частоты.

4. Собрать схему усилителя с автосмещением, для чего в цепь истока включить сопротивление R7 и емкость C7. Измерить колебательную характеристику усилителя с автосмещением.

4.1. Установить ток стока транзистора равным 1 мА. Для этого подключить вольтметр GDM 8246 (в режиме измерения постоянного напряжения - DCV) параллельно сопротивлению R7 (R7 = 3 кOм). Изменяя смещение ручкой V_СМ, установить падение напряжения на R7 равным 3 В.

4.2. Настроить колебательный контур на частоту первой гармоники.

4.3. Снять зависимость выходного напряжения от входного, подобно п. 2.2., изменяя входное напряжение в тех же пределах.

4.4. Определить по результатам измерений колебательных характеристик усилителя без автосмещения и с автосмещением амплитуды входных напряжений, соответствующие критическому режиму.