Нелинейный режим усиления

5.1.4 Положение рабочей точки выбирается так, чтобы угол отсечки был равен 90⁰. Для этого устанавливается Е_СМ=u₀ (напряжение отсечки на графике кусочно-линейной аппроксимации сток-затворной характеристики). Найденное значение Е_СМ устанавливается потенциометром "СМЕЩЕНИЕ" и вносится в таблице 5.2, подобную таблице 5.1

5.1.5 Амплитудная характеристика усилителя U_ВЫХ = ₂(U_ВХ) в нелинейном режиме снимается при изменении напряжения на входе (гнездо 4) в пределах 0  4В. Перед снятием каждого отсчета выходного сигнала (гнездо 5) необходимо подстраивать частоту генератора в резонанс (по максимуму U_ВЫХ). Результаты измерений заносятся в таблице 5.2 Построить график зависимости ₂ и определить на нем границу линейного участка амплитудной характеристики U_ВХМАХ.

5.1.6 Временные диаграммы наблюдаются и зарисовываются при U_ВХ=U_ВХМАХ. Необходимо зафиксировать с сохранением масштаба по осям времени:

- осциллограмму входного сигнала u_ВХ(t) (гнездо 4);

- осциллограмму тока стока i_C(t) - для этого нажать кнопку "R" выбора нагрузки (гнездо 5);

- две осциллограммы выходного напряжения u_ВЫХ(t) при включенном колебательном контуре (нагрузка LC) для двух вариантов добротности контура (кнопка "R_Ш" нажата и отжата) - гнездо 5;

Умножение частоты

5.2.1 Аппроксимируйте сток-затворную характеристику, соответствующую Вашему стенду, кусочно-линейной и кусочно-параболической функциями.

5.2.2 Рассчитайте амплитудную характеристику умножителя частоты одним из двух способов по указанию преподавателя:

5.2.3 При постоянном значении максимального значения импульса тока (i_макс=const) использовать метод угла отсечки, основанный на коэффициентах _n⁽¹⁾() для кусочно-линейной аппроксимации (рисунок 5.3). В таблице 5.2 вместо U_ВЫХ добавьте еще 3 строки: соs,  и _n⁽¹⁾().

5.2.4 При постоянном значении амплитуды входного сигнала (U_mвх=const) использовать метод угла отсечки, основанный на коэффициентах max _n⁽²⁾() - для кусочно-параболической аппроксимации. Значение U_mвх=1В, а Е_см изменять в пределах - (16)В. Значение n (номер гармоники) выбирать от 2 до 4.

Рисунок 5.3

5.2.5 Приготовьте заготовку отчета и внесите в нее результаты выполненных расчетов.

5.2.6 Исследуйте работу умножителя частоты при постоянной величине амплитуды импульса тока стока или при постоянной амплитуде входного сигнала (по указанию преподавателя).

5.2.7 Переключатель "НАГРУЗКА"- в положении "LC", переключатель "R_ш" должен быть выключен (кнопка отжата).

Настройка в резонанс осуществляется путем изменения частоты встроенного генератора Г3-111 в диапазоне 1216кГц при U_ВХ0,5В. Достижение резонанса фиксируется по максимальному напряжению в цепи стока (гнездо 5) либо по максимальному показанию микроамперметра стенда, постоянно включенному в цепь индикатора резонанса. Значение резонансной частоты f₀ вносится в таблицу 5.2.

5.2.8 Частота генератора гармонических колебаний f_ВХ должна быть в n раз меньше резонансной частоты контура, т.е. f_ВХ = f₀/n, где n - кратность умножения; тогда n-ная гармоника входного сигнала будет совпадать по частоте с частотой настройки контура f₀. Точное значение f_ВХ определяют по максимуму выходного сигнала при подстройке частоты генератора вблизи расчетного значения f_ВХ.

5.2.9 Амплитудная характеристика умножителя частоты измеряется и рассчитывается одним из двух способов (по указанию преподавателя).

5.2.10 Для получения амплитудной характеристики умножителя частоты при i_МАХ=соnst необходим предварительный расчет, в результате которого заполняются первые три строки таблице 5.2.

Таблица 5.2

n=... ;	f0=...Кгц;	fВХ=f0/n=... Кгц;
UВХ В	1,0	1,5	2,0	2,5	...
UmВХ В
ЕСМ В
UВЫХ В
Iсn мА

Кратность умножения n (или номер выделяемой гармоники) выбирается таким же, как и при расчетах спектра в домашнем задании, соответственно устанавливается частота входного сигнала и его величина U_ВХ (действующее значение). Вторая строка таблицы содержит амплитудные значения U_mВХ, которые больше U_ВХ в 2, т.е. U_mВХ=U_ВХ2. Третья строка таблицы рассчитывается так, чтобы при всех изменениях максимальное напряжение на затворе было бы постоянно равно нулю (рисунок 5.3). Очевидно, что для этого смещение по модулю должно равняться амплитуде сигнала, т.е. Е_СМ = - U_mВХ. При этом условии амплитуда импульса тока будет постоянной, но будет меняться угол отсечки  и, соответственно, спектральный состав тока стока, в том числе и амплитуда n-ной гармоники.

Для получения каждого значения U_ВЫХ (гнездо 5) необходимо устанавливать расчетные пары значений Е_СМ и U_ВХ из таблицы (причем сначала устанавливать Е_СМ, затем U_ВХ) и, подстроив частоту генератора согласно п.5.2.2, снять отсчет U_ВЫХ. Измерения U_ВЫХ продолжаются до тех пор, пока не будет найдено максимальное значение U_ВЫХ, которое соответствует оптимальному режиму умножителя частоты.

5.2.11 Для получения амплитудной характеристики умножителя частоты при U_ВХ =соnst следует установить на входе (гнездо 4) напряжение

U_ВХ =1В с частотой f_ВХ=f₀/n и, изменяя Е_СМ в пределах - (1,0  6,0)В с шагом 0,5 В, измерять выходное напряжение на контуре (гнездо 5). Значение n берется то же, что и при расчете домашнего задания. Перед снятием каждого отсчета U_ВЫХ рекомендуется подстраивать частоту генератора, добиваясь максимума U_ВЫХ согласно п.5.2.2 Найти точное значение Е_СМ, при котором U_ВЫХ = U_ВЫХМАХ. Результаты представить в виде таблице 5.3.

Таблица 5.3

n=... ;	f0=...Кгц;	fВХ=f0/n=... Кгц;	UВХ =1В
ЕСМ ,В	-1,0	-1,5	-2,0
UВЫХ ,В
Iсn мА

5.2.12 Амплитудные характеристики умножителя для случая 5.2.4 - I_сn= ₁(U_ВХ) и для случая 5.3.5 - I_сn= ₂(Е_СМ), рассчитываются по данным двух последних таблиц:

I_сn= U_ВЫХ/R_ЭО,

где R_ЭО - эквивалентное сопротивление колебательного контура на частоте резонанса (принять R_ЭО =1кОм). Построить график ₃ (или ₄).

Временные диаграммы и спектры для оптимального режима наблюдаются и фиксируются для той пары значений Е_СМ и U_ВХ, при которой напряжение n-ой гармоники U_ВЫХ было максимальным. Необходимо представить осциллограммы следующих сигналов (с сохранением масштаба по оси времени):

- входного напряжения u_ВХ(t) - гнездо 4;

- тока стока i_C(t) - при нажатой кнопке "R", гнезда 5;

- выходного напряжения u_ВЫХ(t) - при нажатой кнопке "LC", гнезда 5, для двух случаев: шунт включен (кнопка R_Ш нажата) и выключен (кнопка R_Ш отжата), а также спектры вышеперечисленных сигналов. По временной зависимости i_C(t) находят значение угла отсечки . Эта величина находится из сравнения отрезков, соответствующих периоду колебания (360⁰) и ширине основания импульса тока (2).

5.2.13 Временные диаграммы процесса умножения частоты при другом значении n. Не изменяя установленных ранее значений Е_СМ и U_ВХ, настроить частоту генератора на получение гармоник с более высоким номером (n=3...6, по указанию преподавателя). Добиться максимума U_ВЫХ путем небольшой подстройки Е_СМ. Зафиксировать осциллограммы и спектры процессов u_ВХ(t), i_C(t) и u_ВЫХ(t) при отключенном шунте.