Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Принципиальная схема исследуемого усилителя.

3. Таблицы с данными экспериментов и расчетов.

4. Графики экспериментальных и расчетных зависимостей.

5. Осциллограммы импульсов токов.

6. Краткие выводы с анализом результатов работы.

Контрольные вопросы

Основные

1. Как настроить УМ в граничный режим работы?

2. Как по приборам настроить выходной контур в резонанс в недонапряженном и перенапряженном режимах работы УМ?

3. Объяснить назначение элементов схемы и работу стенда (рис.1.12).

4. В чем заключаются преимущества и недостатки двухконтурного ГВВ по сравнению с одноконтурным?

5. Получить формулу для расчета резонансного сопротивления контура относительно точек подключения транзистора (рис.1.12) при заданных значениях U_к, U_н и R_к2.

6. Используя статическую ВАХ транзистора, построить нагрузочные характеристики усилителя.

Дополнительные

7. Объяснить ход нагрузочных характеристик генератора.

8. Объяснить ход настроечных характеристик генератора.

9. Получить формулы для расчета мощностей Р₀, Р_н и Р_к при заданных значениях токов и напряжений.

10. Почему в генераторах независимого возбуждения недопустима расстройка выходного контура?

11. Какие требования предъявляют к выходным цепям согласования генераторов?

12. Как избежать перегрева коллектора транзистора при первом включении генератора с ненастроенным выходным контуром?

13. Какие настройки усилителя можно произвести по прибору, измеряющему постоянную составляющую коллекторного тока?

2. Амплитудная модуляция

2.1. Теоретическая подготовка к работе

Амплитудная модуляция (AM) – это способ управления колебаниями, при котором амплитуда высокочастотных (ВЧ) колебаний изменяется по закону передаваемого сообщения.

При настройке и испытаниях передатчиков используется модуляция одной частотой Ω = 2πF (тональная модуляция). В этом случае выражение для модулированного тока имеет вид

i = (I_н+I_мод cos Ω t)cosω₀t = I_н (1+ m cos Ω t )cosω₀t.

Временная диаграмма тонального AM-колебания и соответствующий ей спектральный состав представлены на рис.2.1,

где I_н - амплитуда тока в режиме молчания (несущей частоты);

I_max = I_н(1+m), I_min = I_н(1–m) - максимальная и минимальная

амплитуда колебаний во время модуляции;

I_мод = 0,5 (I_max – I_min) - амплитуда огибающей ВЧ – колебания;

m = I_мод/I_н=( I_max – I_min)/( I_max + I_min) – коэффициент модуляции;

Ω = 2πF - угловая частота модулирующего сигнала;

ω₀ = 2πf - угловая частота ВЧ - колебания (несущей).

а б

Рис.2.1. Временная диаграмма тонального AM-колебания (а) и соответствующий ей спектральный состав (б)

Спектр AM-колебания можно представить в виде суммы трех составляющих – несущее колебание с частотой ω₀ и двух боковых составляющих с частотами |ω₀+Ω| и |ω₀-Ω| (верхней и нижней боковых соответственно):

i = I_н cosω₀t + 0,5mI_н cos (ω₀+Ω)t + 0,5mI_нcos (ω₀-Ω)t.

Колебательная мощность в различных режимах АМ:

• режим несущей частоты (m=0) Р_1н = 0,5 I_к1н²R_эк;

• максимальный (пиковый) режим

P_1max = 0,5 I_к1max² R_эк = Р_1н(1+m)²;

• минимальный режим Р_1min = Р_1н(1-m)²;

• средний режим (мощность, усредненная за период модулирующей частоты)

Р_1ср = Р_1н(1+0,5m²),

где I_к1 – амплитуда первой гармоники коллекторного тока;

Р_1н – мощность в режиме несущей частоты;

R_эк - эквивалентное сопротивление контура в коллекторной цепи на частоте ω_0.

Отличие формы огибающей АМ-колебания от формы модулирующего сигнала связано с нелинейными и частотными искажениями. Оценка качества модуляции производится на основе статических и динамических модуляционных характеристик.

Статическая модуляционная характеристика (СМХ) – это зависимость амплитуды выходного колебания модулируемого каскада от медленно меняющегося во времени модулирующего напряжения. Например, при осуществлении базовой модуляции в качестве модулирующего напряжения выступает напряжение смещения на базе транзистора Е_б, при коллекторной модуляции – напряжение питания Е_к. При снятии СМХ напряжение модулирующего электрода (Е_к или Е_б) изменяется настолько медленно, что искажения, присущие только динамическому режиму модуляции, отсутствуют. СМХ позволяет определить границы линейной области и тем самым определить точку, соответствующую режиму несущей частоты, и оценить нелинейные искажения, возникающие в процессе модуляции.

Амплитудная динамическая модуляционная характеристика (АДМХ) – это зависимость коэффициента модуляции m от амплитуды модулирующего напряжения U_мод на постоянной частоте модуляции Ω = 2πF (рис.2.2,а). Обычно она снимается для частоты модулирующего сигнала F = 400 или 1000 Гц и дает возможность определить допустимый динамический диапазон. При малых значениях напряжения модуляции U_мод < U_{мод min} глубина модуляции может оказаться меньше паразитной (фон, шумы). Измерение глубины модуляции проводят для положительного m ₊ (U_Ω) и отрицательного m _- (U_Ω) полупериодов огибающей АМ-колебания. Совпадение этих зависимостей (m₊=m_—=m) и их линейность говорят о симметричности модуляции и малых нелинейных искажениях, характеризуемых коэффициентом гармоник

^.

Для уменьшения нелинейных искажений рабочую область стараются выбирать на линейном участке АДМХ.

Амплитудно-частотная модуляционная характеристика (АЧМХ) показывает зависимость глубины модуляции от частоты модулирующего напряжения F. Ее типичный вид показан на рис. 2.2,б.

а б

Рис. 2.2. Модуляционные характеристики: а – амплитудная динамическая (АДМХ); б – амплитудно-частотная (АЧМХ)

Одна из причин частотных искажений связана с неравномерностью частотной характеристики входного сопротивления выходной согласующей цепи генератора в полосе частот, занимаемой сигналом. При этом глубина модуляции напряжения на нагрузке отличается от глубины модуляции коллекторного тока, так как различен коэффициент передачи согласующей цепи для спектральных составляющих боковых частот и несущей частоты (рис.2.3). При соотношениях, показанных на рис. 2.3, происходит существенный спад АЧМХ на верхних модулирующих частотах.

Рис.2.3 Амплитудно-частотная характеристика контура

Другая причина частотных искажений связана с влиянием блокировочных и разделительных реактивных элементов, шунтирующих выход модулятора, а также блокировочных элементов в цепях модулируемого генератора и фильтрах источников питания.

Завал со стороны низких и высоких частот чаще всего происходит из-за снижения амплитуды модулирующего напряжения на управляющем электроде АЭ (на базе или коллекторе транзистора), например, вследствие снижения сопротивления параллельных индуктивностей и возрастания сопротивления последовательных емкостей (рис.2.4,а) на низких модулирующих частотах и возрастания сопротивления последовательных индуктивностей и уменьшения сопротивления параллельных емкостей (рис.2.4,б) на высоких модулирующих частотах.

Рис.2.4. Элементы, вызывающие завал амплитудно-частотной характеристики на низких (а) и высоких (б) модулирующих частотах

В зависимости от электрода, на который подается модулирующее напряжение, различают модуляцию на входной электрод (базовую модуляцию) и модуляцию на выходной электрод активного элемента (коллекторную модуляцию).