НЕЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ Лаба 5 ТПС
.docxФедеральное агентство железнодорожного транспорта
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I»
(ФГБОУ ВО ПГУПС)
Факультет «Автоматизация и интеллектуальные технологии»
Кафедра «Электрическая связь»
Дисциплина ««Теория передачи сигналов»
Лабораторная работа №5
«НЕЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ»
Выполнил студент: |
__________________ подпись, дата |
|
Группа: |
|
|
|
|
|
Преподаватель: |
|
|
подпись,
дата
Санкт-Петербург
2022
Цель работы: Исследование процесса преобразования частоты при использовании нелинейного элемента с квадратичным участком вольтамперной характеристики.
Принципиальная схема
Рисунок 1. Принципиальная схема преобразователя частоты
Для работы используется универсальный стенд со сменным блоком ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНОЙ ЦЕПИ, схема которого
приведена на рис. 1. Исследуемая цепь представляет собой преобразователь на полевом транзисторе с избирательной нагрузкой (LC-контур) в цепи стока. На затвор полевого транзистора подается сумма напряжений сигнала, гетеродина и постоянного напряжения смещения.
Для преобразования частоты используется квадратичный участок сток - затворной характеристики полевого транзистора.
Источником входного сигнала в данной работе служит внутренний генератор амплитудно - модулированных (АМ) колебаний, расположенный на левом блоке стенда «ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ». В этом генераторе несущая частота (113 кГц) и частота модуляции (1кГц) фиксированы; напряжение несущей должно быть примерно 300 мВ, а глубина модуляции может изменяться в широких пределах ручкой - "m". Напряжение АМ колебания ("Сигнал") с выхода внутреннего генератора должно быть подано на входные гнезда 1 исследуемой цепи.
Встроенный диапазонный генератор, играющий роль гетеродина, подключается к гнездам 2. Частота его колебаний выбирается в соответствии с результатами предварительного расчета равной fГ, напряжение - 1В.
В качестве измерительных приборов используется осциллограф. Входной сигнал наблюдается на гнездах 1, напряжение гетеродина - на гнездах 2. Для наблюдения процессов на затворе транзистора осциллограф должен быть подключен к гнездам КТ 1; гнезда КТ 2 служат для наблюдения и измерения выходного сигнала.
Преобразователь частоты позволяет сдвинуть спектр сигнала по частоте без изменения структуры спектра – соотношений между компонентами спектра.
Сток-затворная характеристика полевого транзистора
Таблица 1
Есм=Uзи, В |
0 |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
3 |
4 |
Ic |
0 |
1 |
1,5 |
2 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
2,7 |
Рис 1. Сток-затворная характеристика полевого транзистора
Таблица исходных экспериментальных данных
fпр = f0 = 13,3 кГц
fн = 113 кГц
fг1 = fн – fпр = 113 – 13,3= 99,7 кГц
fг2= fн+ fпр = 113 + 13,3 = 126,3 кГц
fпр - преобразованная (промежуточная) частота;
f0 - резонансная частота контура (13-15 кГц);
fн =113 кГц- несущая частота сигнала;
fг- частота гетеродина.
Ecm=2 В
Uг=1 В
Данные занесены в Таблица 2
Таблица 2
fпр = f0 = 14,6 кГц; fН = 113 кГц; fГ1 = 98,4 кГц fГ2 = 127,6 кГц |
||||||
Uн,В |
0,27 |
0,272 |
0,48 |
0,56 |
0,768 |
1 |
Uпр,В |
0,368 |
0,416 |
0,56 |
0,816 |
1,21 |
1,5 |
Рис 2. Характеристика преобразования UН=(UПР)
4. Графики амплитудно-модулированного сигнала.
Таблица 3
Амплитуда |
1,8 |
2,2 |
3 |
Модуляция |
0 |
30 |
60 |
Рис 3. График изменения амплитуды при разной модуляции
Рис 4. График выходного сигнала при Um=0%
Рис 5. График выходного сигнала при Um=30%
Рис 6. График выходного сигнала при Um=60%
Вывод
В ходе данной лабораторной работы был изучен процесс преобразования частоты с использованием нелинейного элемента с квадратичным участком вольт-амперной характеристики. Исследуемая цепь является преобразователем и состоит из активного элемента (полевого транзистора) и избирательной нагрузки (LC-контура). На затвор полевого транзистора подается суммированное напряжение сигнала, гетеродина и напряжения смещения Uзи. Для преобразования частоты используется квадратичный участок сток-затворной характеристики полевого транзистора.
Квадратичный участок – участок вольт-амперной характеристики между Uотс и Uсм. Характеризует скорость перехода нелинейного элемента из линейного режима в режим насыщения.
Гетеродини́рование — сдвиг спектра сигнала по оси частот на определенное постоянное значение при сохранении его структуры. Процесс преобразования частоты происходит при воздействии напряжения сигнала и напряжения вспомогательного генератора – гетеродина.