Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях. Учебное пособие
.pdf
21
3. По заданным параметрам нагрузки (C и R) определите гра-
гр
F
0.7 гр
fF
RC
0
f
0
F
1/ (2 ) 1/ (2 )f RC F
гр
1 (2 )f F RC F
0
f
0
F
гр
F
0 гр
10fF
0 гр
/2FF
1 (11
RC
22
RC
11
RC
00
( ) 1 cos 2 cos 2
m
u t U M F t f t
2
m
U
1M
п
3 3 /
i
CR C S
з
3CR
11
RC
22
RC
вых
U
K
m
U
0
f
ничную частоту
(и, следовательно, полосу пропускания
)
-фильтра, а также (ориентировочно) значения несущей
лирующей
частот, для которых выполняются условия неискажен-
и моду-
ного детектирования:
Частоты
и
надо выбрать так, чтобы левая и правая части не-
равенств (11.1) отличались от
раза соответственно:
) и 2 (
).
или
не менее чем в десять раз и в два
и
. Это следует сделать для
. (11.1)
4. Постройте спектральные диаграммы для входного и выходного
сигналов, если на вход детектора (
) подано АМК:
, (11.2)
где
5. Определите длительности переднего (
го (
нии (с
В,
.
) и задне-
) фронтов видеоимпульсов, получаемых при детектирова-
и
) последовательности радиоимпульсов с
прямоугольной огибающей.
11.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Откройте диск «Education “Argon” (D)», папки «РТЦиС» и «Работа_11. Детектирование», а также файл «11. Детектор.ms10».
1. Измерьте выходное напряжение
ент передачи
ния амплитуды
Частоту (
для рассчитанного в предварительном задании значе-
входного немодулированного колебания.
) входного немодулированного колебания установите
согласно предварительному заданию. Измерения проведите при 2.
Результаты сравните с предварительным расчетом.
и определите коэффици-
22
2. Снимите детекторную характеристику диодного детектора
вых
()
m
UU
m
U
m
U
m
U
m
U
m
U
вых/m
K U U
m
U
0
f
m
U
1
C
2
C
1M
0
f
0
F
0 гр
ff
гр
FF
гр
f
гр
F
2
1/ (2 )F RC
1
1/ (2 )f RC
10f
.
Измерения проведите при 2.
Примечание. Тщательно исследуйте начальный участок характеристики,
т. е. от нуля до 0.3 В. Входное напряжение
лее до
= 1 В шаг может быть 0.1 В и, наконец, до
изменяйте с шагом 25 мВ; да-
= 5 В с шагом 0.5 В.
Результаты занесите в таблицу и постройте два графика: первый график с укрупненным масштабом начального участка характеристики (т. е.
от нуля и до 0.3 В), второй – для всего диапазона значений
.
Постройте также два соответствующих графика зависимости коэффициента передачи (
ла
.
) от амплитуды входного сигна-
3. Зарисуйте осциллограммы на входе и выходе детектора при по-
даче на вход:
а) немодулированного колебания (
= 50 кГц,
= 2 В):
при постоянных времени нагрузки 1 и 2;
при отключенных конденсаторах (но подключенном сопротив-
лении нагрузки);
без резистора (но подключенных конденсаторах
б) модулированного колебания (
тота модуляции
устанавливаются (для 1) из условий (11.1) неис-
каженного детектирования, т. е.
). Несущая частота
и
(
и
и
);
и час-
– из пред-
варительного задания).
в) модулированного сигнала согласно пункту б), но для 2, когда
не выполняется правая часть неравенств (11.1), т. е. когда
;
г) модулированного сигнала при невыполнении для 1 левой части
неравенств (11.1), т. е. когда
(например,
кГц).
4. Зарисуйте спектрограммы и измерьте амплитуды спектраль-
ных составляющих для входного и выходного сигналов детектора
(для 1) при подаче на его вход амплитудно-модулированного колебания вида (11.2).
23
5. Исследуйте детектирование радиоимпульса с прямоугольной
огибающей.
Пронаблюдайте, как влияют частота заполнения импульсов и постоянная времени RC-цепочки (1 и 2) на форму выходного сигнала.
Измерьте длительности фронтов видеоимпульсов. Результаты сопоставьте с расчетом.
11.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Поясните принцип работы диодного детектора.
2. Изобразите вид временных диаграмм в следующих точках по-
следовательного диодного детектора: на входе, на диоде, на нагрузке,
на сопротивлении нагрузки при отключенном конденсаторе и, наоборот, на конденсаторе при отключенном сопротивлении.
3. Напишите соотношения для выбора нагрузки (С и R) в диод-
ном детекторе.
4. Чем определяется угол отсечки в диодном детекторе?
5. Какова зависимость угла отсечки от сопротивления нагрузки?
6. Как будет изменяться коэффициент передачи диодного детекто-
ра от сопротивления нагрузки?
7. Дайте определение детекторной характеристике и ее математи-
ческое выражение.
8. Что такое «линейное» и «квадратичное» детектирование?
9. От чего зависит входное сопротивление детектора?
10. Как будет изменяться форма выходного напряжения детектора
при изменении модулирующей частоты?
11. Чему будет равен угол отсечки и коэффициент передачи детек-
тора при отключенном: а) конденсаторе; б) резисторе?
12. Как будут изменяться передний фронт, вершина и задний фронт
продетектированного радиоимпульса, если изменять: а) сопротивление
нагрузки, б) емкость нагрузки?
13. Почему диодный детектор (с нелинейной ВАХ) называют «ли-
нейным» детектором?
24
Р а б о т а № 1 2
LC-ГЕНЕРАТОР С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ
ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
12.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование условий самовозбуждения и стационарного режима генератора на полевом транзисторе с трансформаторной обратной связью.
12.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ВИРТУАЛЬНОГО
УСТРОЙСТВА
Схема эксперимента показана на рис. 12.1. Генератор представляет
Рис. 12.1
25
собой резонансный усилитель на полевом транзисторе (канал p-типа)
п
,CR
ш
R
ш
R
i
R
0
0.3BU
i
R
0
1.2BU
i
R
1
I
cp 1/m
S I U
p cp рэ
K S Z
0.1B
m
U
p рэ cp
( ) ( )
mm
K U Z S U
гг
( ) ( ) 2Kn
и трансформаторе ТР1 для осуществления положительной обратной
связи. ВАХ полевого транзистора дана в приложении 2 на рис. П.2. Ве-
личины
и
приведены в таблице заданий (для каждой брига-
ды). Коэффициент связи трансформатора ТР1 регулируется от 0 до 1.
Для этого необходимо «кликнуть» левой клавишей мышки на изобра-
жении трансформатора. Появится меню, одним их пунктов которого
будет «Коэффициент связи».
12.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литера-
туре [1, с. 139–143; 5, гл.11; 4, с. 209–216; 2, с. 270–285; 3, с. 439–444].
2. Рассчитайте резонансную частоту контура усилителя.
3. Рассчитайте эквивалентное резонансное сопротивление кон-
тура с учетом сопротивления шунта (
ния (
(
) транзистора для двух напряжений смещения:
= 15 кОм) и
(
= 35 кОм).
4. Рассчитайте амплитуду тока
трех ординат), среднюю крутизну
) и внутреннего сопротивле-
первой гармоники (по методу
, резонансный коэффициент усиления
ента обратной связи kp. Расчет выполните для напряжений смещения
U0 = 0.3 и 1.2 В и
5. Рассчитайте и постройте графики
прежних двух значений напряжения смещения.
Пояснения и расчетные соотношения
Методика и формулы для расчета резонансного усилителя приведены в
работе № 9.
Для того чтобы усилитель с обратной связью возбудился, необходимо: вопервых, переключатель «ГЕНЕР-УСИЛ» поставить в положение «ГЕНЕР»,
при этом обеспечивается условие положительной обратной связи (ПОС)
во-вторых, выполнить амплитудные условия самовозбуждения
, а также критическое значение коэффици-
.
для
(n = 0, 1, 2, ..); (12.1)
26
гг
( ) ( ) 1K
, (12.2)
г p рэ
()K K SZ
/S i u
рэ
1SZ
cp рэ
1SZ
cp 1/m
S I U
0.1
m
U
вых
()
m
UU
p
ff
p
()
m
KU
0.1B
m
U
p
K
где
режиме, то
. Так как самовозбуждение происходит в линейном
– это дифференциальная крутизна НЭ в рабочей точке.
В критическом режиме
. (12.3)
При выполнении условия (12.2) и ПОС нарастающие автоколебания попадают в область нелинейности параметров НЭ (отсечка, ограничение). Их рост
замедляется и прекращается при наступлении баланса амплитуд
, (12.4)
где
– средняя крутизна.
12.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Откройте диск «Education “Argon” (D)», папки «РТЦиС» и «Работа_12. Генерирование», а также файл «12 – (номер бригады). Автогенератор с трансф. ОС.ms10».
1. Измерьте резонансную частоту и коэффициент усиления усили-
теля без обратной связи. Для этого переключатель рода работы
«ГЕНЕР-УСИЛ» поставьте в положениt «УСИЛ». Напряжение смещения установите в соответствии с предварительным заданием. Входное
напряжение с генератора G1 амплитудой
В подайте на вход
«ВХ1». По измерителю ЧХ (XBP1) определите резонансную частоту и
соответствующий коэффициент усиления.
2. Снимите колебательные характеристики
при
для двух значений напряжения смещения (0.3 и 1.2 В).
На генераторе G1 установите резонансную частоту, измеренную в
пункте 1.
Постройте график
. Для
сравните результа-
ты расчетных и измеренных значений
3. Введите положительную обратную связь (установив переключатель «ГЕНЕР-УСИЛ» в положение «ГЕНЕР») и для напряжений
смещения 0.3 и 1.2 В определите критическое значение коэффициента
обратной связи кр.
.
27
4. Измерьте спектральный состав напряжений на выходах
0
0.3BU
0.025
вых 0
()U f U
p
()
m
KU
cp
()
m
SU
«ВЫХ1» и «ВЫХ2» (для
при
).
5. Снимите зависимость амплитуды генерируемых колебаний от
напряжения смещения
.
12.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Изобразите обобщенную схему автогенератора гармонических
колебаний. Каково назначение нелинейного элемента и фильтра?
2. В чем сущность квазилинейного метода исследования генераторов? Какие характеристики и параметры нелинейного элемента
используются в этом методе?
3. Дайте определение колебательной (амплитудной) характеристике и ее математическое выражение. Поясните методику ее экспериментального определения.
4. Изобразите семейство колебательных характеристик для различ-
ных напряжений смещения на затворе полевого транзистора (канал
-типа) автогенератора.
5. Назовите режимы самовозбуждения автогенератора. Какова их
связь с формой колебательных характеристик? От чего зависит форма
последних?
6. Как определить области мягкого и жесткого режимов самовоз-
буждения генератора по ВАХ нелинейного элемента?
7. Каковы условия (и математическая запись) режима самовозбуж-
дения LC-генератора? Почему режим возникновения колебаний можно
анализировать согласно линейной теории?
8. От чего зависит время установления колебаний в автогенераторе?
9. Каковы условия (и математическая запись) стационарного режи-
ма генератора?
10. Как по колебательной характеристике определить амплитуду ге-
нерируемых колебаний и их устойчивость?
11. Изобразите зависимости
и
для мягкого и жест-
кого режимов самовозбуждения генератора. Как по ним определить
критическое значение обратной связи (кр) для возникновения и срыва
генерации?
28
12. Чем определяется частота автогенератора? Почему добротность
ш
R
контура влияет на стабильность частоты?
13. В чем заключаются особенности схем автогенераторов с исполь-
зованием биполярных транзисторов?
14. Изобразите графически зависимость амплитуды выходного на-
пряжения генератора от величины сопротивления шунта
для сме-
щения, соответствующего мягкому (жесткому) режиму самовозбуждения.
29
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ
РАБОТЫ
Р а б о т а № 1 3
ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО
ДЕТЕКТИРОВАНИЯ НА ТРАНЗИСТОРЕ
13.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение детектирования амплитудно-модулированных сигналов с
применением управляемого нелинейного элемента – полевого транзистора. Исследование влияния параметров сигнала, режима работы
транзистора и его нагрузки на линейные и нелинейные искажения.
13.2. ОПИСАНИЕ ВИРТУАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
Рис. 13.1
30
Принципиальная схема детектора показана на рис. 13.1. Вольт-
0 c 0 0
( ) ( ) (1 cos2 )cos2
m
u t U u t U U M Ft f t
c0
( ) (1 cos2 )cos2
m
u t U M Ft f t
( ) cos(2 )
F
u t U Ft
m
U
0
f
F
U
0
U
F
U
0) дэ
( ( )
mm
U U RI U
дэ 0 00
( ) ( )
mm
I U I U I
0
()
m
IU
00
I
0
uU
0
m
U
амперная характеристика полевого транзистора приведена в прил. 2.
На вход детектора поступает АМ-сигнал.
13.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
На вход детектора поступает напряжение
.
Здесь
– амплитудно-модулированное
напряжение, подаваемое с ВЧ-генератора.
На выходе детектора необходимо получить низкочастотный гармо-
нический сигнал
.
Параметры входного сигнала (амплитуда
ляции M, несущая частота
плитуда
требуемого выходного сигнала приведены в таблице зада-
и частота модуляции F), а также ам-
, коэффициент моду-
ний (прил. 3).
Требуется:
а) выбрать смещение
, при необходимости провести аппрокси-
мацию ВАХ (совместив на одном графике заданную и аппроксимированную характеристики);
б) рассчитать параметры нагрузки детектора R и C, обеспечивающие требуемую амплитуду
выходного сигнала;
в) рассчитать и построить характеристику детектирования
,
здесь
– ток детекторного эффекта;
– по-
стоянная составляющая тока транзистора (зависящая от амплитуды
входного сигнала);
– ток покоя в рабочей точке (
), т. е. по-
стоянная составляющая тока транзистора при отсутствии входного
сигнала (
). Постоянную составляющую тока транзистора можно
определить по формулам трех ординат или с использованием аппроксимации, если она проведена;
г) построить временные диаграммы напряжения на нагрузке и на
выходе детектора.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]