Учебное пособие 800161

изменять переключателем SA3. Для контроля напряжения на входном контуре имеется вывод Uк.

Очевидно, если подобрать эквивалентное сопротивление так, чтобы напряжение на контуре оставалось таким же, как и в режиме детектирования (т.е. как в положении «1» переключателя SA2), шунтирующее действие будет одинаково и следовательно, эквивалентное сопротивление равно входному сопротивлению детектора Rin.

Задание и вопросы для лабораторной работы

1.Представить принципиальную схему последовательного диодного детектора, указать назначение всех ее элементов.

2.Оценить емкость нагрузки, при которой возможно неискаженное детектирование АМ - колебаний с частотой модулирующего сигнала F = 100 Гц и несущей частотой f0 = 700 Гц. Принять RМ = 5 кОм.

3.Представить качественно временные диаграммы входного АМ - колебания UМ(t), напряжения на диоде UD и напряжения на нагрузке UМ при: а) правильно выбранной емкости нагрузки СМ; б) очень большой емкости нагрузки; в) при отсутствии емкости нагрузки.

4.Определить угол отсечки и коэффициент передачи диодного детектора в режиме линейного детектирования. Принять S = 0,2А/В, RM = 5 кОм.

5.Рассчитать входное сопротивление последовательного диодного детектора при RM = 5 кОм.

1. Снять зависимость низкочастотного напряжения на выходе детектора от амплитуды напряжения несущей частоты на входе детектора Um0 при постоянной глубине модуляции М = 30 %, модульной частоте F = 1000 Гц и несущей частоте f = f0.

29

1.1.Получить на выходе ЛМ «Амплитудная модуляция» амплитудно-модульное колебание с требуемыми параметрами.

1.2.Выход макета «Амплитудная модуляция» соединить с входом детектора (гнезда UМ).

1.3.Тумблер SA2 поставить в положение «1».

1.4.К выходу детектора (гнезда UМ) подключить осциллограф.

1.5.Изменяя емкость СМ подобрать ее значение так, чтобы на выходе детектора было напряжение, соответствующее неискаженному детектированию.

1.6.Снять зависимость UМ от Um0 изменяя значение Um0 и UF генераторами в модуле. Для измерения Um0 использовать осциллограф, переключив его на гнезда Uк, а на выход детектора подключить вольтметр (измерение производить при отключенном модулирующем сигнале). По результатам измерений построить графики UМ = f(Um0). Объяснить результаты.

2. Снять зависимость низкочастотного напряжения на

выходе детектора от коэффициента модуляции на входе UМ = f(M). Схема измерений остается прежней. Изменяя модулирующее напряжение на входе макета «Амплитудная модуляция», получить разные значения М. Построить график UМ = f(M), объяснить результаты.

3.Снять зависимость низкочастотного напряжения на выходе детектора от частоты модулирующего сигнала при неизменном значении Um0 и UF = 3В. Построить зависимость.

4.Просмотреть и зарисовать осциллограммы напряжений для трех значений емкости См: а) См = 0; б) См = См опт; в) С>> См опт опт при различных формах модулирующего

напряжения (См опт – оптимальное значение емкости, при котором детектирование осуществляется без искажений).

5. Измерить входное сопротивление последовательного диодного детектора методом замещения.

5.1. На входе детектора установить немодулированное напряжение с Umc = 1 В. Для контроля напряжения на

30

гнезда Uк подсоединить вольтметр или осциллограф. Затем переключатель SA2 установить в положение «2» и подобрать эквивалентное сопротивление Rэ таким, при котором напряжение на входном контуре детектора остается равным исходному. Таким образом, в этом случае Rэ будет равно входному сопротивлению последовательного детектора. Результаты измерений сравнить с расчетом Rin, выполненным дома.

Содержание отчета

1.Принципиальная схема последовательного диодного детектора.

2.Расчеты, графики и рисунки, полученные при выполнении домашнего задания.

3.Результаты экспериментального исследования в виде таблиц и графиков.

4.Осциллограммы напряжений в различных точках схемы и при различных параметрах нагрузки, согласованные во времени и по напряжению.

Контрольные вопросы

1.Чем определяется режим диодного детектора?

2.Почему принято разделять детектирование сильных и слабых сигналов?

3.Приведите принципиальную схему последовательного диодного детектора, поясните назначение всех элементов схемы.

4.Чем следует руководствоваться при выборе параметров нагрузки диодного детектора?

31

Лабораторная работа №8 Стационарные и переходные процессы в автогенераторе

Цель лабораторной работы заключается в исследовании стационарного и переходного режимов работы LC-генератора. В работе исследуются колебательные характеристики нелинейного элемента в зависимости от амплитуды генерируемых колебаний, коэффициентов обратной связи для мягкого и жесткого режимов самовозбуждения автогенератора, а также изучаются методом фазовой плоскости переходные процессы в автогенераторе.

Теоретическ ие сведения

Автогенератором (АГ) называют устройство, являющееся источником колебаний. Любой АГ с обратной связью представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию колебаний определенной формы.

Независимо от вида и назначения АГ должен содержать нелинейный активный элемент, линейную частотно - избирательную цепь (вместе они образуют нелинейный избирательный усилитель), а также цепь и источник питания. Структурная схема АГ приведена на рис. 19, а упрощенная принципиальная схема транзиторного АГ с контуром в цепи стока, который исследуется в данной работе – на рис. 20.

В этой схеме нелинейным активным элементом является транзистор VT, избирательным четырехполюсником – колебательный контур, а роль цепью ОС – катушка Lос, магнитосвязанная с Lк.

Существует два режима работы АГ:

- режим самовозбуждения, который возникает после включения АГ с малой растущей во времени амплитудой вырабатываемых колебаний,

32

- стационарный режим, который возникает спустя некоторое время после запуска АГ, с большой и постоянной во времени амплитудой генерируемых колебаний.

Нелинейный резонансный усилитель

Рис. 19. Структурная схема АГ

VT

Рис. 20. Принципиальная схема транзиторного АГ с контуром в цепи стока

Условие стационарности режима АГ аналитически может быть записано в виде

где

Ku j , uз1 u2 u1 uк1 uз1 Ku , uз1 e j к

33

-коэффициент передачи нелинейного избирательного усилителя,

режиме.

Физический смысл соотношения в (8.2) состоит в том, что ОС на частоте генерации должна быть положительной. Для генерации гармонических колебаний это условие должно выполняться только на одной частоте 0. Поэтому при исследовании генераторов гармонических колебаний частоту генерации определяют обычно решением уравнений (8.2). Рассмотрим его сущность.

Колебательной характеристикой называют зависимость амплитуды первой гармоники тока нелинейного элемента Iк1 от амплитуды входного гармонического напряжения uз1, снимаемого при разорванной цепи ОС. Вместо зависимости Iк1 = f(uз1) можно исследовать имеющую ту же форму, но отличающуюся масштабом, зависимость uк1 = f1(uз1), где uк1 – амплитуда первой гармоники напряжения на стоке транзистора. Зависимости Iк1 = f(uз1), uк1 = f(uз1) - нелинейны, а их вид зависит от положения рабочей точки нелинейного активного элемента. Если же рабочая точка фиксированным смещением задана на линейном участке вольт -амперной кривой, то колебательная характеристика примет вид (см. рис. 21). Режим самовозбуждения АГ при такой колебательной характеристики называют мягким. Если же рабочая точка задана на нижнем изгибе вольт - амперной кривой с малой крутизной, то колебательная характеристика примет вид (см. рис. 22). Режим самовозбуждения АГ при такой колебательной характеристике называют жестким.

34

Характеристикой ОС называют зависимость амплитуды напряжения ОС uз1 от амплитуды первой гармоника тока нелинейного элемента Iк1 или амплитуды первой гармоники напряжения на стоке uк1. В данной лабораторной работе колебательная характеристика снимается и строится в координатах uк1 = φ1 (uэ1), так как экспериментально получить такую зависимость проще и удобнее. Характеристика ОС снимается в соответствии с координатами uэ1 = φ1(uк1). Поскольку uэ1 = uк1 / Kос(I), графиком характеристики ОС является прямая, проходящая через начало координат, под углом α = arctg (1/Kос) к оси абсцисс. Параметром, который определяет положение прямой ОС, может быть не Kос, а связанная с Kос взаимная индуктивность М между катушками Loc и Lк (Kос = М/Lк). Однако экспериментально проще определить величину Kос. Поэтому в дальнейшем параметром ОС будем считать величину Kос.

Рис. 21. Колебательная характеристика

Рис. 22. Колебательная характеристика

35

Стационарная амплитуда колебаний на входе усилителя определяется путем проектирования точки пересечения колебательной характеристики и прямой ОС на ось uэ1 (рис. 21, 22). Причем в жестком режиме самовозбуждения точкой стационарного режима является точка А, в которой крутизна характеристики ОС больше, чем крутизна колебательной характеристики. Аналогично можно найти стационарную амплитуду колебаний тока через нелинейный элемент Iк1о как амплитуду колебаний напряжения на стоке транзистора uз10, только точку

стационарного режима нужно проектировать на ось ординат. Для определения зависимости стационарной амплитуды

колебаний на выходе генератора uк1c от величины ОС Kос(ω0) на график колебательной характеристики uк1 = f0(uз1) нужно нанести семейство прямых ОС uз1 = φ1(uз1) = uз1/Koc для различных величин Kос (рис. 23), спроектировать каждую точку стационарного режима на ось ординат, после чего по полученным данным построить график uк1= ψ(Kос). Кривая, приведенная на рис. 24, характеризует мягкий режим самовозбуждения: колебания возникают при некоторой величине Kос, для которой прямая ОС является касательной к начальному участку колебательной характеристики: величина Kос, при которой колебания в АГ возникают или срываются, называется критической: по мере роста Kос амплитуда uк10 меняется монотонно, причем зависимость uк10 = ψ(Kос) однозначна.

Рис. 23. Колебательная характеристика

36