Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Практикум по радиоэлектронике

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 115 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

точки на частотах, соответствующих величинам ξ из уравне-

±−





ния (2.17): ω = ω

I,II

(2.18)

(2.19)

Как легко видеть из (2.15), частота ω = ω

соответствует

минимуму, то есть провалу АЧХ, а две другие частоты (ω и ω

) соответствуют максимумам, то есть горбам АЧХ по обе

сторону от резонансной частоты ω

одиночных контуров. Та-

ким образом АЧХ связанных контуров при сильной связи – двугорбая, так как система имеет в этом случае две резонансные частоты (ω

и ωII, величины которых зависят от коэффи-

циента связи. Эти частоты называются частотами связи. Чем больше коэффициент связи, тем дальше частоты связи от частоты ω чения АЧХ k

. Как видно из (2.15) и (2.19), максимальные зна-

max(ωI,II

) = 0,5Q0, то есть в два раза меньше, чем

соответствующее значение при резонансе в одиночном контуре, а минимальное значение

min

()

умень-

шается с ростом коэффициента связи, что соответствует увеличению провала в АЧХ связанных контуров. При слабой связи физический смысл имеет только одно решение для экстремальной точки ξ = 0 соответственно ω = ω

, причем на

этой частоте модуль коэффициента передачи достигает максимального значения. Таким образом, при слабой связи АЧХ связанных контуров одногорбая с максимумом на резонансной частоте ω

значение АЧХ

одиночных контуров. При этом максимальное

maxω0

()

уменьшается при уменьше-

нии коэффициента связи, что физически ясно, так как при ослаблении связи уменьшается энергия, передаваемая во второй контур.

Особый интерес представляет критическая связь, когда

k = d. В этом случае, как видно из (2.19) ω горба АЧХ сливаются в один, то есть

= ωII, то есть оба



kk Q

max



()

 

однако АЧХ связанных контуров, которая в этом случае описывается уравнением

)

(

dξξ

(2.20)

имеет более плоскую вершину и более крутые скаты, чем АЧХ одиночного контура, то есть характеристика связанных контуров при критической связи ближе к П-образной характеристике идеального фильтра. АЧХ связанных контуров при слабой (1), критической (2), сильной (3) связи, нормированные к величине k

, представлены на рис. 2.6. Там

max

же пунктиром показана АЧХ одиночного контура с той же добротностью.

Рис. 2.6. АЧХ связанных контуров при различных связях:

1 – при слабой; 2 – при критической; 3 – при сильной

Определим теперь полосу пропускания фильтра на свя-

занных контурах как и для одиночного контура по уровню

max

Для связи меньшей и равной критической, используя соотношение (2.15), можно получить выражение для относительной полосы пропускания в виде

∆∆ω

22 121













−+ +

  









(2.21)















Откуда следует, что при достаточно слабой связи, такой,

что

<< 1, относительная полоса пропускания

∆f

≈−==

221065 065

(2.22)

меньше, чем, одиночного контура. В то же время для критической связи

= 1 и полоса пропускания становится равной

∆f

22141141

== =

(2.23)

то есть примерно в 1,5 раза шире, чем у одиночного контура с той же добротностью, а при той же полосе пропускания и, соответственно меньшей добротности, АЧХ связанных контуров имеет более плоскую вершину и круче спадает вне полосы пропускания.

При увеличении связи сверх критической полоса пропу-

скания расширяется, однако ее определение по заданному уровню имеет смысл, если провал в характеристике не ниже

уровня

пускания соответствует провалу на уровне

max

. Таким образом, самая широкая полоса про-

max

. Расчет

показывает, что в этом случае коэффициент связи k = 2,4/d и относительная полоса пропускания

∆f

Таким образом, предельное значение полосы пропускания

связанных контуров в 3,1 раз шире полосы пропускания одиночного контура. Не проводя анализа необходимо отметить, что в случае контуров с разными резонансными частотами и добротностями величина максимумов АЧХ различна.

ния параллельного контура от сопротивления источника и сопротивления потерь катушки.

го контура с элементами: L

Практическая часть

Задание 1. Исследование зависимости полосы пропуска-

Соберите схему (рис. 2.1) для исследования параллельно-

и С2 (значения элементов указа-

ны на стенде), R1 = 100 кОм (играет роль сопротивления источника) и R

– перемычка.

С выхода «µV» генератора ГЧ-102 подайте сигнал на вход схемы (клеммы «XЗ» и «Х4»). Для измерения частоты входного сигнала к выходу «1V» генератора ГЧ-102 подключите частотомер.

Подключите вольтметр к входу схемы и измерьте входное напряжение сигнала. Подключите вольтметр на выход схемы (клеммы «Х5» и «Х4»).

1.1. Изменяя частоту входного сигнала в пределах, указан-

ных на стенде, через 2 кГц, измеряйте выходное напряжение

с помощью вольтметра, поддерживая постоянное напря-

вых

жение на входе U

= 1 В. Результаты измерений занесите

вх

в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Зависимость KН = φ(f)

f, кГц U

, мВ

вых

H=Uвых/Uвых.max

Определите максимальное выходное напряжение, соответствующее резонансной частоте контура, и на частотах измерения рассчитайте нормированный коэффициент передачи контура

== =

max.max

выхвх

выхвых

.max

Результаты расчета KH занесите в табл. 2.1. Постойте график нормированной АЧХ, откладывая по оси абсцисс значения частоты, а по оси ординат – K

. Определите по графику полосу

пропускания и рассчитайте соответствующую эквивалентную добротность Q

. По значениям входного и выходного напря-

экв

жений определите величину коэффициента передачи на резонансной частоте и, пользуясь соотношениями (2.5а), (2.8), (2.3), рассчитайте резонансное сопротивление Z ротность контура Q

1.2. Замените R

и сопротивление потерь катушки R.

= 100 кOм на R1 = 20 кОм. Повторите из-

, собственную доб-

мерения пункта 1.1, изменяя частоту входного напряжения

в заданных пределах (см. на стенде) через 4 кГц. Результаты

22 22

UU UU

измерений и расчета К

занесите в табл. 2.1. В тех же осях

постройте график нормированной АЧХ, определите полосу пропускания и соответствующую эквивалентную добротность. Сравните полосы пропускания, рассчитанные по формуле (2.8) с результатами измерений заданий 1.1 и 1.2.

1.3. Замените R

и R

= 10 Ом (увеличиваем сопротивление потерь катушки).

= 20 кОм и R2 – перемычку на R1 = 100 кОм

Повторите измерения и расчеты пункта 1.1. В тех же коорди-

натах постройте график нормированной АЧХ, определите полосу пропускания и эквивалентную добротность Q

. Сравните

экв

полосы пропускания, полученные в пунктах 1.1 и 1.2 экспериментально, с полосой пропускания, полученной в пункте 1.3.

Задание 2. Исследование прохождения AM сигналов через

параллельный контур.

Отключите вольтметр. Подайте на вход схемы для исследо-

вания параллельного контура AM сигнал с частотой несущего колебания, равной резонансной частоте контура f модуляции F равной f

= 1 кГц. Для этого установите частоту ГЧ-102

. Отключите частотомер. Подключите к разъему

и частотой

ГЧ-102 «АМ» кабель для подачи модулирующего напряжения с выхода генератора ГЗ-118. Установите частоту генератора ГЗ-118, а следовательно, и частоту модуляции, равной 1 кГц. Переключатель рода работ установите в положение «ВНЕШ.». К входу схемы подключите осциллограф С1–73, получите осциллограмму AM сигнала; с помощью ручки генератора ГЗ-118 «ВЫХОД» установите глубину модуляции m = 40%. Измерьте по осциллограмме 2U

и 2U

max

−

max min

и по формуле

min

рассчитайтеглубинумодуляциивходногосигналаm.Убедитесь, чтоустановленная«m»иизмереннаяпримерносовпадают.ПереключитеосциллографC1-73навыходсхемы,получитеосциллограммувыходногосигналаиопределитеегоглубинумодуляции.

Сделайте частоту модуляции равной F

(см. на стенде)

и проведите те же измерения и расчеты, что и для частоты модулями, равной F

= 1 кГц.

Оцените изменение глубины модуляции на выходе по сравнению с глубиной модуляции на входе при F

и при F2.

Объясните полученные результаты.

Задание 3. Исследование АЧХ связанных контуров при различных коэффициентах связи.

Разберите схему для исследования одиночного параллельного контура. Соберите схему для исследования двух связанных контуров (правая часть планшета лабораторного стенда), использовав следующие элементы: R «X15» – «X16» – перемычка, величины C

= 100 кОм, клеммы

, C4, C5, L3, L4

yказаны на стенде.

Выключите и отключите генератор ГЗ-118 и осциллограф CI-73. Генератор ГЧ-102 подключите к входу схемы для подачи входного сигнала (клеммы Х7 и Х8). К выходу «1V» генератора ГЧ-102 для измерения частоты входного сигнала подключите частотомер. К выходу схемы (клеммы «XI3» и «XI4») для измерения выходного напряжения подключите вольтметр переменного напряжения.

3.1. Изменяя частоту входного сигнала в указанных пределах (см. на стенде) с шагом 1 КГц, измеряйте выходное напряжение U

. Рассчитайте на этих частотах Кн и заполните

вых

табл. 2.1.

3.2. Замените С

на большую величину. Изменяя частоту

входного сигнала через 2 КГц, повторите измерения и расчеты пункта 3.1.

3.3. Снова замените С

на большую емкость. Изменяя час-

тоту входного сигнала в пределах, указанных на стенде, через 2 КГц, повторите измерения и расчеты пункта 3.1.

Для трех значений емкостей постройте графики нормированных АЧХ в одних и тех же координатах f – по оси X и К

– по оси У. Сравните форму и полосу пропускания по-

лученных АЧХ и сделайте вывод о значениях коэффициентов связи по сравнению с критическим.

Контрольные вопросы

1. Комплексное сопротивление параллельного контура.

2. Собственная добротность, резонансная частота и резонансное сопротивление параллельного контура.

3. Комплексный коэффициент передачи и АЧХ параллельного контура.

4. Влияние сопротивления источника на полосу пропускания параллельного контура. Объясните результаты задания 1.

5. Изменение амплитудно-модулированного сигнала при прохождении через параллельный контур. Объясните результаты задания 2.

Лабораторная работа № 3

Снятие и анализ характеристик

полупроводниковых диодов

Цель работы: Приобрести навыки снятия вольт-амперных

характеристик диодов различных типов.

Оборудование:

1. Лабораторный стенд.

2. Вольтметры постоянного напряжения с высоким входным сопротивлением.

Рекомендуемая литература: [1], [2].

Введение

Полупроводниковые диоды различного назначения широко используются в современной радиоэлектронной аппаратуре, выполняя функции выпрямления и детектирования сигналов, преобразования частоты, генерации и усиления колебаний, регистрации светового излучения и световой индикации. Данная лабораторная работа включает в себя изучение физических основ работы и характеристик двух типов диодов: универсального (выпрямительного, детекторного) диода и стабилитрона.

Основой большинства полупроводниковых диодов, в том числе и изучаемых в данной работе, является электроннодырочный переход (р-n переход), который образуется на границе раздела двух областей полупроводника, одна из которых легирована донорной примесью (n-область полупроводника), а другая – акцепторной примесью (р-область), электроны из n-области переходят в р-область, а дырки из р-области – в n-область, в результате в n-области накапливается положительный заряд вблизи границы раздела полупроводников, а в р-области накапливается отрицательный заряд. Возникает обедненная область, в которой действует электрическое

поле, обусловленное появившимися зарядами. Это поле создает потенциальный барьер, препятствующий дальнейшему движению носителей, и ток через р-n переход равен нулю. Если к р-n переходу приложить прямое внешнее напряжение, уменьшающее электрическое поле в обедненной области, то через переход будет протекать большой ток, резко зависящий от напряжения и определяемый потоком основных носителей. Если же к р-n переходу приложить обратное внешнее напряжение, увеличивающее электрическое поле в обедненной области, то ток через переход будет очень мал. Этот ток определяется неосновными носителями.

Основной характеристикой диода с р-n переходом явля-

ется в большинстве применений его вольт-амперная характеристика (ВАХ) – нелинейная зависимость тока диода i

от

приложенного к переходу напряжения U:

qU/kT

гдеI

–обратныйтепловойтокдиода,илитокнасыщения;Т–

= Is(e

– 1). (3.1)

абсолютнаятемпература;k–постояннаяБольцмана;q–заряд электрона.

Отношение U к i

диода: R

= U/ig.

определяет статическое сопротивление

В задачах выпрямления и детектирования сигналов не-

линейность i

(U) обеспечивает необходимое преобразование

спектра входного сигнала. На эквивалентной схеме диода (рис. 3.1) указанная нелинейная зависимость представляется нелинейным резистором R деляется зависимостью i роль играет дифференциальное сопротивление R

(U), ток через который опре-

(U). При слабых сигналах важную

= dU/di.

диф

Наличие заряда на границах р-n перехода в обедненной области приводит к появлению барьерной емкости C(U), включенной параллельно сопротивлению R

(U). При из-

менении напряжения ширина обедненной области меняется, поэтому барьерная емкость С(U) зависит от напряжения. Зависимость С(U) используется в специальных диодахварикапах, которые применяются для электронной перестройки частоты генераторов. Сопротивление r

– активное ли-

нейное сопротивление р и n областей полупроводника и контактов.

ВАХ реального диода отличается от теоретической, задаваемой выражением (3.1). Графическое сравнение этих характеристик представлено на рис. 3.2. На прямой ветви это отличие связано с влиянием сопротивления r

, при увеличе-

нии тока сопротивление диода уменьшается и становится сравнимым с r

. В дальнейшем рост тока будет ограничивать-

ся этим сопротивлением и ВАХ пойдет более линейно (участок 1 сплошной линии).

Рис. 3.1. Эквивалентная схема диода с p-n преходом

Рис. 3.2. ВАХ диода с p-n переходом

На обратной ветви ВАХ ток диода на участке 2 превышает

из-за наличия дополнительных механизмов образования

свободных носителей заряда. Область 3 соответствует состоя-

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 115 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]