Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум. Учебное пособие.pdf
91
В критическом режиме
р кр
1K β=
() 1
SU Zβ=
ст
ст
1
()
m
KU =
β
S IU=
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
0,40,20–0,2–0,4–0,6–0,8–1–1,2–1,4–1,6–1,8–2
U ,Вз
I
огр1
I
огр2
·
·
·
I
огр10
ст
I
ст
()
m
U
()
U fU
=
. (12.3)
При выполнении условий (12.1) и (12.2) нарастающие автоколебания попадают в область нелинейности параметров транзистора (отсечка, ограничение). Их рост замедляется и прекращается. Наступает стационарный режим, описывающийся уравнением баланса амплитуд:
где
cp 1 m
Номер варианта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
огр
Для определения стационарной амплитуды
строить амплитудную характеристику усилителя
Она строится по динамической сток-затворной характеристике транзистора, которая отличается от статической (рис. 8.2, табл. 8.2, работа № 8) наличием участка ограничения (горизонтальные линии на
, мA
m
cp ст рэ ст
или
, (12.4)
– средняя крутизна.
Таблица 12.2
11.6 10.8 10 9.2 8.58 8 7.45 6.66 6.19 5.75
необходимо по-
вых const
mU
.
=
0
92
рис. 12.2). Для каждого варианта ток ограничения (
огр1
I
I
0
вых р 1
const
()
m
U
U ZI U
=
=
0
1
const
()
m
U
IU
=
0.1
m
U =
0
f
0
f
()
U fU
=
m
U
вых
U
2 1, 41=
кр1 кр2
, ββ
табл. 12.2.
, (12.5)
…
) задан в
огр10
где
– амплитуда тока первой гармоники на выходе тран-
зистора, которая рассчитывается методом трех ординат по динамической сток-затворной характеристике относительно заданной рабочей
точки U0.
12.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Откройте диск «Education «Argon» (D)», папки «РТЦиС» и «Работа_12. Генерирование», файл в соответствии с номером вашей бригады.
Указание. Проверьте соответствие параметров элементов схемы параметрам элементов предварительного задания. Результаты измерений занесите в
табл. 12.1.
1. Измерьте резонансную частоту и коэффициент усиления усили-
теля без обратной связи. Для этого разомкните ключ Кл3; ключом Кл1
подайте на вход Вх2 усилителя от генератора XFG1 синусоиду ампли-
тудой
задания. Установите источником U
В на резонансной частоте (
смещение –1 В.
0
) из предварительного
По измерителю ЧХ (XBP1) определите резонансную частоту и коэффициент усиления. Повторите измерения для U
= –1.8 В. При необ-
0
ходимости откорректируйте установленное на генераторе значение
Сравните результаты измерений с расчетными.
2. Снимите и постройте амплитудные (колебательные) характери-
стики
вых const
mU
для смещений U0 = –1 и –1.8 В.
=
0
меняйте
с шагом 0,1 В.
Внимание! Для определения выходной амплитуды (
) показания
.
выходного вольтметра необходимо умножить на
Совместите экспериментальные и теоретические графики.
3. Замкните ключом Кл3 положительную обратную связь. Опреде-
лите критические значения коэффициента обратной связи
напряжений смещения –1 и –1.8 В.
.
для
93
Указание. При определении экспериментального
кр
β
кр
β
β
U
ст1
U
1.3β= β
ст1
U
ст 0
()U fU=
1.3β= β
0.7β= β
ст2
U
ст1
U
ст2
U
зап
U
0.7β= β
установите на трансформаторе сначала теоретическое значение
в каждом случае
. Затем,
меняя его в небольших приделах, добейтесь появления на экране осциллографа XSC1 устойчивых гармонических колебаний. При этом после каждого изменения
вольтметру цепи ОС (
некоторое время следите за динамикой изменения напряжения по
). Если напряжение не увеличивается, то связь
ОС
меньше критической, если увеличивается скачком, то слишком большая.
4. Определите значение стационарной амплитуды
автоколеба-
ний на выходе генератора. Для мягкого режима самовозбуждения (U0
=
= –1 В) установите
ст1 кр1
. Занесите в таблицу
.
5. Снимите зависимость амплитуды генерируемых колебаний от
напряжения смещения
для
ст1 кр1
.
6. Повторите п. 4 для жесткого режима самовозбуждения при
ст2 кр2
. Занесите в таблицу
Примечание. На экспериментальных графиках соответствующих амплитудных характеристик постройте экспериментальные линии ОС (по пп. 4 и 6).
Отметьте координаты устойчивых и неустойчивых точек пересечения. Сравните расчетные, графические и экспериментальные значения стационарных
амплитуд
и
.
.
7. Исследуйте с помощью осциллографа, как влияет амплитуда им-
пульсов запуска
(
ст2 кр2
). Определите минимально возможную амплитуду им-
от источника V2 на жесткий режим возбуждения
пульсов, сравните ее с теоретическим значением.
12.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Изобразите обобщенную схему автогенератора гармонических
колебаний. Каково назначение нелинейного элемента и фильтра?
2. В чем сущность квазилинейного метода исследования гене-
раторов? Какие характеристики и параметры нелинейного элемента
используются в этом методе?
3. Дайте определение колебательной (амплитудной) характе-
ристике и ее математическое выражение. Поясните методику ее
экспериментального определения.
94
4. Изобразите семейство колебательных характеристик для различ-
()
m
KU
()
SU
кр
β
β
ных напряжений смещения на затворе полевого транзистора 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 самовозбуж-
дения генератора по ВАХ нелинейного элемента?
7. Каковы условия (и математическая запись) режима самовозбужде-
ния 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
cp
для мягкого и жест-
m
кого режимов самовозбуждения генератора. Как по ним определить
критическое значение обратной связи (
) для возникновения и срыва
генерации?
12. Чем определяется частота автогенератора? Почему добротность
контура влияет на стабильность частоты?
13. В чем заключаются особенности схем автогенераторов с исполь-
зованием биполярных транзисторов?
14. Изобразите графически зависимость амплитуды выходного
напряжения генератора от величины коэффициента ОС (
) для сме-
щений, соответствующих мягкому и жесткому режимам самовозбуждения.
95
IV. ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
И СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ ФИЛЬТРОВ
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО УСТРОЙСТВА
Лабораторная работа выполняется в среде «MATLAB». Запуск основного окна работы (рис. IV.1) осуществляется набором в командной
строке:
>> LR_DigFiltr
В появившемся окне нажатием соответствующей кнопки можно
выбрать один из трех разделов: «Имитация сигнала», «Моделирование
цифрового фильтра» или «Цифровая фильтрация».
Рис. IV.1. Основное окно
ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛОВ
Внешний вид рабочего окна в режиме «Формирование сигнала»
представлен на рис. IV.2. В этом режиме можно сгенерировать различные входные воздействия для построенного цифрового фильтра: гар-
96
моническое колебание, АМ-колебание, последовательность прямоугольных видеоимпульсов, последовательность прямоугольных радиоимпульсов. После выбора из выпадающего меню одного из предложенных типов сигнала активизируется блок параметров этого
сигнала: для гармонического сигнала – амплитуда, частота и начальная
фаза колебания; для АМК – частоты и начальные фазы несущего и модулирующего колебаний, амплитуда сигнала, глубина модуляции; для
последовательности видеоимпульсов – амплитуда, длительность и период повторения импульса; для последовательности радиоимпульсов –
амплитуда, длительность и период повторения огибающей радиоимпульса, а также частота и начальная фаза его гармонического заполнения. В поле «Тип сигнала» необходимо выбрать способ представления
сигнала: аналоговый или дискретный. В случае выбора дискретного
представления сигнала активизируется поле для ввода частоты дискретизации.
После выбора всех параметров необходимо нажать кнопку
«Установить», в результате чего активизируется правая часть окна
(рис. IV.2). Нажатие кнопки «Построить» позволяет вывести осциллограмму сигнала, его амплитудный и фазовый спектры. Каждую из
представленных зависимостей можно масштабировать при помощи
кнопки «Увеличить», расположенной под графиком.
Рис. IV.2. Окно режима «Имитация сигналов»
97
В случае выбора дискретного представления сигнала становится
активным поле «Z-преобразование». Для просмотра нуль-полюсной
диаграммы (НПД) выбранного дискретного сигнала необходимо
нажать кнопку «НПД».
Для изменения параметров рассматриваемого сигнала следует
нажать кнопку «Изменить», а для подтверждения параметров – «Установить». Для одновременного сброса всех параметров сигнала надо
использовать кнопку «Сбросить параметры». Нажатие кнопки «Назад»
возвращает к основному окну работы (см. рис. IV.2).
МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ФИЛЬТРА
Внешний вид рабочего окна в режиме «Моделирование цифрового
фильтра» показан на рис. IV.3. Этот режим позволяет смоделировать
любой класс фильтра (фильтр нижних частот, фильтр верхних частот,
полосовой или режекторный фильтры). При создании фильтра пользователь может управлять такими параметрами, как рекурсия (создавать
Рис. IV.3. Окно режима «Моделирование цифрового фильтра»
98
рекурсивные или нерекурсивные фильтры), порядок фильтра, а также
устанавливать требуемые граничные частоты и частоту дискретизации
сигнала. В случае создания рекурсивного фильтра из выпадающего
меню можно выбрать тип аналогового фильтра-прототипа (Баттерворта, Бесселя, Чебышёва или эллиптического), в случае нерекурсивного –
вид весовой функции, или окна (Бартлетта, Блэкмана, Хемминга, Ханна, Кайзера, прямоугольного или треугольного). В окне «Моделирование цифрового фильтра» предусмотрена также возможность регулировать такие параметры, как подавление сигнала в полосе задержания,
величина пульсаций АЧХ в полосе пропускания, уровень боковых лепестков в спектре.
а б
в г
Рис. IV.4. Дополнительные характеристики фильтра:
а – дискретная ИХ; б – аналоговая ИХ; в – АЧХ и ФЧХ; г – НПД
99
После выбора всех параметров необходимо нажать кнопку «Применить», в результате чего активизируется правая часть окна (рис. IV.3).
При нажатии кнопки «Построить» выводится график нормированной
АЧХ моделируемого фильтра. Кроме того, нажатием соответствующих
кнопок можно построить и изучить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики фильтра (АЧХ и ФЧХ), импульсную характеристику фильтра (ИХ) в аналоговом или дискретном отображении графика, нуль-полюсную диаграмму (НПД) (рис. IV.4). Для изменения
параметров фильтра необходимо нажать кнопку «Изменить», а для подтверждения параметров – «Применить». Нажатие кнопки «Назад» возвращает к основному окну работы.
ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
Внешний вид рабочего окна в режиме «Цифровая фильтрация» по-
казан на рис. IV.5. Этот режим позволяет оценить результаты прохождения выбранного сигнала через построенный фильтр. Нажатие кнопки
«Построить» в поле «Входной сигнал» отображает осциллограмму,
амплитудный и фазовый спектры выбранного ранее сигнала, а также
активизирует кнопки поля «Фильтр». Кнопки «Увеличить», расположенные над каждым графиком, позволяют масштабировать соответствующие зависимости.
Рис. IV.5. Окно режима «Цифровая фильтрация»
100
Нажатие кнопки «Построить» в поле «Фильтр» выводит нормированную АЧХ построенного фильтра. Кнопка «Увеличить» позволяет масштабировать зависимость. В выпадающем меню можно выбрать способ
фильтрации: дискретная свертка, дискретная фильтрация, блочная фильтрация.
В окне режима «Цифровая фильтрация» установкой флага «СКО»
можно также добавить к полезному сигналу белый гауссовский шум
(в работе контролируемым параметром шума является его среднеквадратическое отклонение – СКО). Для отображения шума или смеси полезного сигнала с шумом необходимо нажать соответствующую кнопку в поле «Входной шум». Повторное нажатие кнопки «Шум»
генерирует новую реализацию гауссовского шума с заданным СКО.
Нажатие кнопки «Построить» в поле «Выходной сигнал» отображает осциллограмму, амплитудный и фазовый спектры выходного
воздействия. Кнопки «Увеличить», расположенные над каждым графиком, позволяют масштабировать соответствующие зависимости.
Для одновременного сброса всех установленных параметров необходимо использовать кнопку «Сброс». Нажатие кнопки «Назад» возвращает к основному окну работы.