Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум. Учебное пособие.pdf
71
9.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
ш
R
p
f
0.7
2 f∆
0
( ) cos
m
ut U t
ω
= ω
0
0.2 BU =, 0.1B
m
U =
вых
U
0
U
m
U
p
f
ρ
Q
0.7
2 f∆
p
Z
Z
э
Q
0.7э
2 f∆
н
Z
cp
S
p
K
U
Откройте диск «Education «Argon» (D)», папки «РТЦиС», «Работа_09. Усиление» и файл «Усиление.ms10» в соответствии с номером
вашей бригады.
Проверьте соответствие параметров элементов схемы параметрам
элементов предварительного задания.
1. При отключенном сопротивлении шунта (
нансную частоту
и полосу пропускания
) определите резо-
контура усилителя
при подаче на его вход (гнездо «ВХ1») гармонического колебания
от генератора G1. Воспользуйтесь анализатором
АЧХ (Bode Plotter XBP1). Для обеспечения линейного режима установите на НЭ напряжения:
.
По полученным экспериментальным данным вычислите добротность и характеристическое сопротивление контура усилителя.
2. Повторите задание предыдущего пункта, но при подключенном
сопротивлении шунта.
3. Измерьте выходное напряжение
предварительном задании значений
усилителя для заданных в
и
.
Определите резонансный коэффициент усиления.
Результаты по пунктам 1–3 сведите в таблицу.
,
кОм
кГц
Сравните полученные результаты с расчетными в предварительном
задании.
4. Зарисуйте осциллограммы с выходов ВЫХ1 и ВЫХ2 при подаче
на вход усилителя меандра с генератора G1. Амплитуда меандра та же,
что и в предыдущем пункте. Измерьте амплитуду сигнала на выходе
ВЫХ1 и сравните с результатом предыдущего пункта.
Переключите генератор G1 вновь в режим генерирования гармони-
ческого колебания.
5. Снимите амплитудную (колебательную) характеристику усили-
теля
,
,
кГц
,
кОм
pэ
кОм
,
кГц
,
кОм
,
мА/В
,
вых
,
В
72
вых
()
m
U fU=
при
0
constU =
вых
U
0
U
m
U
вых 0
()U fU=
р0
2ff=
0
4 f
0
4 f
V/Div
2U
2U
T
t
2
2U
0
U
m
U
.
Величина напряжения смещения U
устанавливается в соответ-
0
ствии с предварительным заданием.
6. Переведите усилитель в режим удвоения частоты. Для этого
установите частоту колебаний на выходе генератора G1 равной половине резонансной частоты контура, что соответствует настройке контура на вторую гармонику.
7. С помощью анализатора спектра XSA1 cнимите зависимость
напряжения на выходе
от напряжения смещения
запирания транзистора) при
= 0.3 В. Постройте график
(вплоть до
.
Указание. Для получения спектрограммы выполните на спектральном
анализаторе XSA1 следующие установки: в палитре «Управление полосой» –
«Установить» и далее в палитре «Частота» введите: «Начало» – 0 (кГц),
«Центр» –
«Амплитуда» выберите линейный масштаб «Лин» («Lin») и соответствующую
чувствительность («Шкала»,
ставляло три четверти по высоте.
(кГц), «Граница» –
), чтобы изображение по вертикали со-
(кГц), «Полоса» –
; в палитре
Рис. 9.2. Осциллограмма выходного напряжения
удвоителя частоты
Одновременно снимите зависимость напряжения
грамме рис. 9.2) от напряжения смещения
(по осцилло-
при
= 0.3 В. По-
73
стройте график. Напряжения
1
U
2
U
вых
U
0
vario
m
UU= =
0
2U =
0
5U =
и
пропорциональны амплитудам
напряжений первой и второй гармоники соответственно.
Сравните величину напряжения смещения, соответствующую максимуму выходного напряжения, с рассчитанной в предварительном
задании.
Зарисуйте осциллограмму для максимального значения
(т. е.
оптимального режима удвоения).
8. Повторите п. 7, но в режиме
с
В, установите на источнике смещения напряжение +5 В и
продолжите снимать зависимость с шагом 0.5 В до
. При этом, начиная
В.
9.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каковы достоинства и недостатки линейного режима усиления
колебаний?
2. Поясните принцип работы нелинейного резонансного усилителя.
3. Изобразите временные диаграммы тока транзистора и выходного
напряжения при различных смещениях на затворе.
4. Что такое угол отсечки тока транзистора и как он зависит от
напряжения смещения и амплитуды входного напряжения?
5. Как вычислить амплитуду тока первой гармоники по вольт-
амперной характеристике нелинейного элемента?
6. Что такое средняя крутизна и как при заданной ВАХ она зависит
от напряжения смещения?
7. Как влияет напряжение смещения на коэффициент усиления (пе-
редачи) усилителя на полевом транзисторе?
8. Дайте определение колебательной характеристике резонансного
усилителя. Как влияет напряжение смещения на эту характеристику?
9. Что такое «линейные искажения» при усилении амплитудно-
моделированных колебаний? Как влияет добротность контура усилителя на глубину модуляции выходного напряжения?
10. Какова зависимость глубины модуляции и времени задержки
огибающей от модулирующей частоты?
11. Почему в нелинейном режиме усиления происходит повышение
КПД?
12. Что такое режим умножения частоты? Поясните принцип работы
удвоителя частоты на полевом транзисторе.
74
13. В чем разница между функциями Берга
()αθ
()γθ
и
, когда и для
чего их используют?
14. Изобразите временные диаграммы тока полевого транзистора
(канал р-типа) и напряжения на его затворе, стоке и истоке в режиме
удвоения частоты.
15. Как выбирается угол отсечки тока нелинейного элемента в
умножителе при работе: а) с постоянной величиной импульса тока
(независимо от смещения); б) с постоянной амплитудой входного колебания?
16. Почему не применяются высокие кратности умножения частоты
в одном каскаде?
75
Работа № 10
АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ ИЗМЕНЕНИЕМ
СМЕЩЕНИЯ
10.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Исследование физических процессов и снятие модуляционных ха-
рактеристик при амплитудной модуляции изменением смещения на
полевом транзисторе.
10.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ВИРТУАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
Схема показана на рис. 10.1. Она отличается от схемы работы № 9
(см. рис. 9.1) введением дополнительно генератора модулирующих
сигналов G2 и двух трансформаторов. ВАХ полевого транзистора приведена в приложении 3.
Рис. 10.1. Схема лабораторного устройства
76
10.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
p
f
,
кГц
ρ
,
кОм
Q
0.7
2 f∆
,
кГц
p
Z
,
кОм
Z
,
кОм
э
Q
2 f∆
,
кГц
н
Z
,
кОм
cp
S
,
мА/В
K
U
,
В
0 0.7.э
Ff= ∆
≥
вых 0
()UU= ϕ
const
m
U =
U
0.РТ
U
maxUΩ
max
M
уст
t
уст
t =
кэ
TQ= πτ =
0
cos
m
Utω
0
U
cosUt
Ω
Ω
00 00
( ) cos cos cos ( )
mm
uut U tU U tU tUt
Ω
= = ω+ + Ω= ω+
1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литера-
туре [6, гл. 7; 4, с. 118–123; 3, с. 181–185; 1, с. 255–257].
2. Приведите результаты расчетов параметров резонансного конту-
ра из работы № 9 (или рассчитайте заново для своей бригады).
pэ
0.7э
вых
p
3. Определите частоту модуляции (
рой приводит к линейным искажениям (
30 %) шунтированного кон-
), превышение кото-
тура.
4. Рассчитайте, занесите в таблицу и постройте статическую моду-
ляционную характеристику:
при
Амплитуда входного напряжения
несущей частоты определя-
m
.
ется по номеру бригады согласно таблице заданий. Напряжение смещения изменяйте с шагом 0.1 В от –0.3 до 1.5 В.
Для определения амплитуды тока первой гармоники следует использовать формулу трех ординат.
4. По полученной в п. 3 характеристике определите: рабочую точку
(смещение
(
) и коэффициент модуляции (
), наибольшее значение модулирующего напряжения
), при которых модуляция
будет неискаженной.
5. Рассчитайте время установления (длительность) фронтов ра-
диоимпульса
(оно же время свободных колебаний в контуре
).
Пояснения и расчетные соотношения
На управляющий вход НЭ подаются высокочастотное (ВЧ) колебание
, смещение
и модулирующий сигнал
.
,
77
где под
0
()Ut
1
I
вых 1 н
/U IZ р=
0
U
const
m
U =
0UΩ=
( )
1 max min
/2Ii i= −
0.min
U
1.max
I
0.max
U
1.min
I
0.РТ
U
1.РТ
I
maxUΩ
0.max 0. min
( )/2UU= −
max 1.max 1.РТ 1.РТ
( )/
I
M I II= −
U
Ω
U
m
U
()
I
M fU
Ω
=
0
constU =
const
m
U =
constΩ=
можно понимать медленно изменяющееся во времени по
закону модулирующего сигнала напряжение смещения НЭ.
Рабочий участок ВАХ НЭ модулятора выбирают по статической
модуляционной характеристике. Это зависимость амплитуды тока
первой гармоники
от напряжения смещения
НЭ или напряжения на выходе модулятора
при
и
(рис. 10.2). Статическую модуляционную характеристику следует рассчитать графоаналитически по известной ВАХ и заданной амплитуде
входного сигнала U
трех ординат амплитуду тока
ке выбирается линейный рабочий участок:
: для каждого смещения определяют по методу
m
. На этой характеристи-
,
;
,
Для этого участка, обеспечивающего отсутствие нелинейных искажений, следует определить: рабочую точку (РТ) с координатами
,
; максимальную амплитуду управляющего напряжения
; максимально возможный коэффициент
модуляции по току
.
.
Рис. 10.2. Статическая
модуляционная характеристика
Динамическая модуляционная характеристика (рис.10.3) – это зависимость коэффициента модуляции M
го сигнала
ний
, т. е.
модуляционная характеристика
от амплитуды модулирующе-
I
при постоянных смещении
,
,
Рис. 10.3. Динамическая
и амплитуде ВЧ колеба-
0
(
).
78
Эта характеристика может быть рассчитана по статической моду-
m
U
вых вых 0 вых 0
( ) ( )cos [1 cos( )]cos
U
u t U t tU M t t= ω = + Ω +ϕ ω
вых 1 н
/U IZ р=
2
1
UI
MM a= +
arctg( )aϕ= −
эp
2/aQ≈ Ωω=
0,7э
/Ff= ∆
U
M
I
M
вых
()Ut
F
э
Q
0.7э
2 f∆
0
F
U
M
0 0.7э
Ff= ∆
( )
==∆=∆
ляционной характеристике (если для обеих взяты одинаковые
Рис. 10.4. Напряжение на выходе модулятора
Выходное напряжение модулятора (рис.10.4) рассчитывается по
формуле
,
).
где
,
,
.
Изменение глубины модуляции
глубиной модуляции
тока, а также запаздывание огибающей
напряжения по сравнению с
на угол ϕ по сравнению с огибающей тока – это линейные ис-
кажения. Они тем меньше, чем меньше модулирующая частота
добротность
(т. е. шире полоса пропускания
го контура).
Частота модуляции
нию
на 30 %, определяется из равенства:
, превышение которой приводит к ослабле-
Время установления (длительность) фронтов радиоимпульса
уст э p 0.7э p 0.7э
/2 / 1/2t QT f f f f
,
шунтированно-
.
.
и
79
10.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
p
( ) cos
m
ut U t
ω
= ω
R
m
U
р
f
, кГц
Q
0.7э
2 f∆
p
K
Рассчитанные
Измеренные
вых
U
0
()U= ϕ
const
m
U =
0p
ff=
m
U
0
U
0
U∆
0.РТ
U
maxUΩ
max
M
,UB
max
,UB
Ω
max
M
Рассчитанные
Измеренные
maxUΩ
Откройте диск «Education «Argon» (D)», папки «РТЦиС» и «Работа _10. Модуляция» и файл в соответствии с номером вашей бригады.
1. Измерьте резонансную частоту, коэффициент усиления на ней и
полосу пропускания усилителя при подаче на его вход (гнездо «ВХ1»)
несущего колебания
амплитуда входного сигнала
. Сопротивление шунта
и
ш
должны соответствовать предвари-
тельному заданию (см. работу № 9).
Для измерения этих параметров воспользуйтесь «Измерителем
АЧХ».
Результаты занесите в таблицу.
Параметры
э
, кГц
Сравните измеренные значения с предварительным расчетом.
2. Снимите статическую модуляционную характеристику
для
бания с частотой
при действии на входе «ВХ1» несущего коле-
и амплитудой
(в соответствии с предва-
рительным заданием).
Смещение
изменяйте с шагом
= 0.1 В.
Результаты занесите в таблицу и постройте график, совместив его с
графиком предварительного задания.
Выберите рабочую точку (
) на середине линейного участка
модуляционной характеристики. Определите максимальную амплитуду модулирующего сигнала (
дуляции (
) при отсутствии нелинейных искажений. Результаты
) и максимальный коэффициент мо-
занесите в таблицу.
Параметры
0.РТ
3. Зарисуйте осциллограмму и спектрограмму выходного напряжения
для
. Рассчитайте по ним значение коэффициента модуляции M.
=
80
4. Снимите динамическую модуляционную характеристику M=
()fU
Ω
=
0 0.РТ
constUU= =
0.7
Ff<∆
const
m
U =
max
0.5UU
ΩΩ
∆=
1 0 0.7
FF f<=∆
2 0 0.7
FF f>=∆
0.1 p
ff=
ff≠
0
U
0.1
m
UU
Ω
= =
FF<
500 ГцF =
1U =
уст
t
( )
0p
fff∆= −
ш
R
,
зультаты (не менее 5 точек с шагом
,
,
(согласно п. 2). Ре-
) занесите в таб-
лицу и постройте график.
5. Зарисуйте осциллограммы амплитудно-модулированных ко-
лебаний (АМК) для различных: а) частот модулирующего напряжения (
(
и
0.2 p
и
).
); б) частот несущего колебания
6. Зарисуйте осциллограммы выходного напряжения для различ-
ных смещений
ющего напряжений (
Частота модуляции должна быть такой (
при постоянных амплитудах несущего и модулиру-
В).
), чтобы контур не
0
вносил линейных искажений.
7. Зарисуйте осциллограммы выходного напряжения при модуля-
ции прямоугольными импульсами (
импульса 50 %). Измерьте длительность фронтов
,
В, длительность
.
несущего генератора на форму фронтов и амплитуду радиоимпульсов на выходе модулятора.
чему для получения АМ режим работы усилителя должен быть нелинейным?
характеристике НЭ.
нагрузке (колебательному контуру)?
ну модуляции на нем? Роль шунта (
лирующего напряжения?
щей частоты с резонансной частотой контура модулятора?
Исследуйте, как влияет увеличение расстройки частоты
10.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Поясните физические процессы при модуляции смещением. По-
2. Что такое нелинейные искажения при модуляции? Требования к
3. Что такое линейные искажения при АМ и каковы требования к
4. Как и почему влияет добротность контура модулятора на глуби-
).
5. Какова зависимость коэффициента модуляции от частоты моду-
6. Как и почему изменяется форма АМК при несовпадении несу-