Контрольные вопросы

1. В чем сущность амплитудной модуляции? Напишите аналитическое выражение АМ сигнала.

2. Что называют коэффициентом модуляции m? Как его можно определить по осциллограмме и спектрограмме АМ сигнала?

3. Нарисуйте спектр простого АМ сигнала.

4. Каков спектр сложного АМ сигнала?

5. От чего зависит ширина спектра АМ сигнала?

6. Укажите причины низкой энергетической эффективности амплитудной модуляции.

7. Нарисуйте векторную диаграмму простого АМ сигнала.

8. Нарисуйте схему параметрического амплитудного модулятора. Укажите назначение ее элементов.

9. Нарисуйте схему нелинейного амплитудного модулятора. Укажите назначение ее элементов.

10. Укажите подходящую нагрузку нелинейного элемента в нелинейной схеме амплитудного модулятора.

11. Определите теоретический предел количества радиовещательных станций с амплитудной модуляцией, которые можно разместить в диапазоне волн 1–5 м, считая, что максимальная модулирующая частота 10 кГц.

12. Определите добротность колебательного контура приемника, уменьшающего на 29,3% коэффициент модуляции простого АМ сигнала с несущей частотой 300 кГц при модулирующей частоте 6 кГц.

13. Что такое СМХ?

14. Как по СМХ определяют оптимальный режим работы амплитудного модулятора?

15. Нарисуйте векторную диаграмму простого АМ сигнала.

16. Определите коэффициент модуляции по осциллограмме простого АМ сигнала.

17. Определите коэффициент модуляции по спектрограмме простого АМ сигнала.

18. Определите мощности: пиковую, среднюю и боковых колебаний, выделяемую в резисторе с сопротивлением 75 Ом АМ током .

Работа 9. Детектирование ам сигналов

Работа «Детектирование АМ сигналов» содержит четыре задания:

1. Снятие характеристики детектирования амплитудного детектора на полевом транзисторе с кусочно-линейной стоко-затворной характеристикой и определение оптимального режима его работы.

2. Исследование зависимости формы выходного напряжения детектора от значения несущей частоты АМ сигнала.

3. Снятие характеристики детектирования амплитудного детектора на полевом транзисторе с квадратичной стоко-затворной характеристикой и определение оптимального режима его работы.

4. Исследование зависимости формы выходного напряжения детектора от значения коэффициента модуляции АМ сигнала при квадратичной характеристике детектирования.

Задание 1

Исследуйте работу нелинейного преобразователя на полевом транзисторе (ПТ) в качестве амплитудного детектора. Для этого выберите:

1. кусочно-линейную характеристику НЭ с напряжением отсечки U_ОТС =@U В (пункт меню «Характеристика НЭ» / «Кусочно-линейная...»),

2. нагрузку в виде ФНЧ + ФВЧ (с F_в = 1 кГц и F_н = 0,1 кГц).

Снимите характеристику детектирования (ХД) вида I₀ = f(E₁) при Е_СМ = U_ОТС. Для этого:

1. активизируйте пункт меню «Исследование ФХ»;

2. выберите в качестве аргумента ФХ E₁, установите интервал и шаг его изменения;

3. установите значение параметра Е_СМ;

4. выберите в качестве функции ток I₀.

Зафиксируйте схему амплитудного детектора и график ХД. Выберите на ХД линейный рабочий участок и определите оптимальную амплитуду Е_1ОПТ несущего колебания АМ сигнала (при m = 1), при которой полностью используется этот участок ХД без захода в область насыщения функциональной характеристики НЭ.

Выберите в качестве входного простой АМ сигнал (пункт меню «Сигнал» / «Простой АМ сигнал»). Установите оптимальную величину напряжения смещения Е_СМ, Е₁ = Е_1ОПТ, модулирующую частоту F = 1 кГц, коэффициент модуляции m = 1 и несущую частоту f = 30 кГц.

Наблюдайте и зафиксируйте в отчете:

1. диаграмму работы детектора,

2. осциллограмму выходного напряжения детектора,

3. спектры входного и выходного напряжений, а также тока стока ПТ в удобном и едином масштабе по осям частот.

Варианты: 1) U = –2 В, 2) U = –3 В, 3) U = –4 В, 4) U = –5 В, 5) U = –6 В.

Комментарии и выводы

В исследуемой схеме амплитудного детектора в качестве безынерционного нелинейного элемента используется полевой транзистор. Он служит для обогащения спектра реакции (тока стока) низкочастотными колебаниями, которые отсутствуют во входном напряжении. В качестве нагрузки в цепи стока включен ФНЧ 1-го порядка – резистор R, зашунтированный конденсатором С. Этот фильтр предназначен для выделения полезных составляющих спектра выходного тока (низкочастотных) и подавления всех остальных побочных продуктов нелинейного преобразования. Для этого его частота верхнего среза Fвс выбирается из условия F < Fвс < f, где F – максимальная частота в спектре модулирующего сигнала, f – несущая частота входного АМ сигнала. Разделительный конденсатор Ср является элементом ФВЧ 1-го порядка и служит для устранения постоянной составляющей в выходном напряжении детектора.

Статическая характеристика детектирования (ХД) амплитудного детектора представляет собой зависимость постоянной составляющей выходного тока нелинейного элемента I₀ от амплитуды входного гармонического сигнала Е₁ с фиксированным напряжением смещения Е_СМ (параметр ХД)

I₀ = f (Е₁) при u_ВХ = Е₁cos 2пft .

ХД используется для определения оптимального режима работы амплитудного детектора, т.е. оптимальных значений исходного напряжения смещения и оптимальной амплитуды несущего колебания, при которых достигается наибольшая величина выходного напряжения при допустимом уровне нелинейных искажений. Оптимальные параметры соответствуют выбору в качестве рабочего участка относительно линейной области ХД. Абсцисса его середины определяет оптимальную амплитуду несущего колебания, а ширина – максимально допустимую амплитуду входного АМ сигнала (при m = 1).

При кусочно-линейной функциональной характеристике транзистора (режим сильного сигнала) ХД является линейной, и детектирование происходит без нелинейных искажений.