ГУАП

КАФЕДРА № 22

ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

доцент				А.Р. Жежерин
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СПЕКТРОВ КОЛЕБАНИЙ В НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ

по курсу: РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТ ГР. №	2921
			подпись, дата		инициалы, фамилия

Санкт-Петербург 2021

1. Цель работы

Ознакомление с методами аппроксимации характеристик нелинейных элементов радиотехнических цепей; изучение методов гармонического анализа колебаний в нелинейных цепях; экспериментальные исследования преобразования спектров колебаний в нелинейных резистивных цепях.

2. Описание лабораторной установки

Рисунок 1. Схема лабораторной установки

Установка предназначена для наблюдения формы и измерения параметров сигналов в нелинейной цепи. Исследуемая нелинейная цепь состоит из последовательно соединенных нелинейного элемента и линейной нагрузки (см. рис. 1.6). В качестве нелинейного элемента используется либо полевой транзистор КП-303, вольтамперная (стокозатворная) характеристика которого приложена к лабораторной установке, либо полупроводниковый диод. Выбор исследуемого элемента (нелинейного резистора) осуществляется тумблером ТРАНЗ-В2-ДИОД. Нагрузкой нелинейного элемента является либо резистор (R), либо один из 5-ти параллельных колебательных контуров (LC), настроенных на частоты 200, 300, 400, 600, 700 кГц. Подключение того или иного типа нагрузки к нелинейному элементу производится переключателями R-B2-LC. Галетным переключателем осуществляется выбор колебательных контуров (положения переключателя 200к, 300к, 400к, 600к, 700к соответствуют резонансным частотам контуров). Коэффициент передачи по току для резистивной нагрузки составляет К_I=0,75 и для нагрузки контуром К_I=0,05.

3. Ход работы

3.1 Измерение эквивалентного сопротивления контура.

В/а характеристика полевого транзистора типа КП 303.

Uз, В	-2.5	-2.4	-2.3	-2.2	-2.1	-2	-1.8	-1.6	-1.4	-1.0	-0.5	0
Iс,мА	0	0.03	0.06	0.13	0.22	0.34	0.68	1.14	1.66	2.9	4.9	7

Построим график в/а характеристики полевого транзистора типа КП 303Ж:

На графике рабочая точка обозначена красным цветом ( ), границы рабочего участка обозначены синими точками ( ).

Крутизна вольтамперной характеристики транзистора в рабочей точке:

Найдем значение эквивалентное сопротивление контура на резонансной частоте (200 кГц):

3.2 Исследование спектра тока транзистора в режиме больших амплитуд

У становим ,

Рисунок 2. Осциллограмма сигнала на резисторе R

, .

Найдем значение угла отсечки:

Данные измерений для первых трех гармоник занесем в таблицу

Наименование параметра	Результаты измерений				Результаты расчетов
Номер гармоники	1	2	3	1		2	3
Период, мкс	5	2.5	1.66	5		2.5	1.67
Частота, кГц	200	400	600	200		400	600
Амплитуда, мВ	560	400	200	384		309	208

Расчет теоретических значений амплитуд гармоник:

Аппроксимируем ВАХ методом кусочно-ломанной аппроксимации.

Получили U_з=-1.69В

Косинус угла отсечки:

Максимальное значение тока:

Значения амплитуд гармоник:

Аналогично для 2 и 3 гармоник.

По полученным данным построим АСД:

Экспериментальная АСД Теоретическая АСД

3.3 Исследование спектра тока транзистора в режиме малых амплитуд

У становим ,

Рисунок 3. Осциллограмма сигнала на резисторе R

Данные измерений для первых трех гармоник занесем в таблицу

Наименование параметра	Результаты измерений		Результаты расчетов
Номер гармоники	1	2	1	2
Период, мкс	5	2.5	5	2.5
Частота , кГц	200	400	200	400
Амплитуда, мВ	240	50	243	41

Для аппроксимации рабочего участка воспользуемся системой Mathcad.

Коэффициенты полинома получим при помощи функции regress:

Построим график полученного полинома

На графике синими точками обозначены границы рабочего участка, красным – рабочая точка, сплошной линией – полученный полином, пунктиром – ВАХ.

Полученный полином:

Формула входного сигнала:

Подставим в :

Получили частоты гармоник:

Амплитуды гармоник тока:

Амплитуды гармоник напряжения:

П о полученным данным построим АСД:

Экспериментальная АСД Теоретическая АСД

3.4 Исследование колебаний комбинационных частот

Входной сигнал является суммой двух гармоник.

Первая гармоника:

Вторая гармоника:

Напряжение смещения , что соответствует нелинейному участку характеристики транзистора.

Параметры разностной (комбинационной гармоники), полученная экспериментально:

Т. к. , рабочий участок совпадает с рабочим участком из прошлого пункта. Следовательно, можно использовать уже выведенный полином:

Формула для входного сигнала:

Выходной ток:

Раскроем второе слагаемое:

Раскроем третье слагаемое:

Раскроем :

Раскроем :

Раскроем :

Полученные амплитуды гармоник:

Частота :

Частота :

Частота :

Частота :

Частота :

Комбинационные частоты ( , ):

По полученным данным построим графики:

АСД тока выходного сигнала амплитуда напряжений комбинационных частот

4. Вывод

В ходе проделанной работы мы изучили прохождение сигнала через нелинейную цепь в различных режимах работы транзистора, ипользуя различные методы анализа.

При использовании метода угла отсечки теоретические данные не полностью совпали с экспериментальными:

Теоретический угол отсечки не совпал с экспериментальным ( )

При использовании метода кратных углов для гармонического сигнала результаты расчетов совпали с экспериментальными данными.

При использовании метода кратных углов для двух гармоник амплитуда гармоник комбинационных частот приближенно совпала с экспериментальными данными.