Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум. Учебное пособие.pdf
81
7. Что такое статическая модуляционная характеристика? Ее
назначение.
8. Как влияет амплитуда несущего колебания на форму статиче-
ской модуляционной характеристики?
9. Каковы требования к режиму работы модулятора в случае боль-
шого по амплитуде несущего колебания (когда используется кусочнолинейная аппроксимация ВАХ НЭ)?
10. Каково влияние на форму АМК изменения напряжения смеще-
ния полевого транзистора (р-типа)?
11. Дайте определение динамической модуляционной характеристике.
12. Изобразите и поясните зависимость коэффициента модуляции
напряжения на контуре от амплитуды модулирующего сигнала.
13. Как изменяется форма радиоимпульса по мере уменьшения со-
противления, шунтирующего контур?
14. Поясните, как влияет на форму радиоимпульсов отклонение не-
сущей частоты от резонансной частоты контура.
15. Как влияют полоса пропускания и добротность контура на фор-
му радиоимпульсов на выходе модулятора?
82
Работа № 11
ДЕТЕКТИРОВАНИЕ
АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КОЛЕБАНИЙ
11.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Изучение физических процессов в диодном детекторе при воздей-
ствии АМ-колебаний и последовательности радиоимпульсов, снятие
детекторной характеристики и осциллограмм напряжений в различных
точках схемы при различных сигналах и параметрах нагрузки.
11.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ВИРТУАЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
Исследование детектирования АМ-сигналов проводится на после-
довательном диодном детекторе, схема которого показана на рис. 11.1.
Рис. 11.1. Схема лабораторного устройства
Вольт-амперная характеристика диода задана своими значениями в
табл. 11.1, а график приведен на рис. 11.2: в укрупненном (а), среднем
(б) и мелком (в) масштабе.
83
I, мкА I, мкА
I, мкА
U, В
U, В
U, В
а б в
U, B
–0.3
–0.25
–0.2
–0.15
–0.1
–0.075
–0.05
–0.025
0.0
I, мкА
–5.6
–5.4
–5.1
–4.5
–3.7
–3.1
–2.3
–1.3
0.0
U, B
0.025
0.05
0.075
0.10
0.125
0.15
0.20
0.25
0.30
I, мкА
1.6
3.7
6.2
9.6
13.7
19.3
35.0
61
100
U, B
0.35
0.40
0.45
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
I
A
U
K
m
U
A
U
Рис. 11.2. Вольт-амперная характеристика диода
Таблица 11.1
, мА 0.167 0.275 0.45 0.71 1.9 4.9 13 33 84
11.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литера-
туре [6, гл. 8; 4, c. 128–135; 3, 185–195; 1, с. 239–247].
Для расчета по всем пунктам задания используйте данные, приве-
денные на принципиальной схеме (см. рис. 11.1) и в таблице заданий
(прил. 4).
2. По параметрам
ент передачи
диодного детектора и входное напряжение
ветствующее напряжению
ствует немодулированное высокочастотное колебание.
и R определите: угол отсечки θ, коэффици-
на открытом диоде. На детектор дей-
, соот-
84
Пояснения и расчетные соотношения
вх 0
( ) cos
m
ut U t= ω
0 вых
UU= −
д вх
() ()ut u t=
вых 0 0
( ) cos
m
u t U tU− = ω+
, 0,
0, 0,
SU U
I
U
>
=
<
/
AA
SIU=
A
U
A
I
A
U
S
θ
3
3 /( )SRθ≈ π
60SR >
вых
cos
m
KU U= = θ
U
K
m
U
На вход детектора подается напряжение
ное напряжение детектора создает смещение на диоде
. Выход-
(т. е.
имеет место автосмещение). К диоду приложено напряжение
.
Аппроксимируем ВАХ диода (рис. 11.2, б) кусочно-линейной зави-
симостью (рис. 11.3):
где
– крутизна аппроксимированной характеристики;
–
напряжение на открытом диоде, заданное для каждой бригады в таблице заданий;
– значение тока, соответствующее напряжению
определяемое по ВАХ (точка А на рис. 11.3) или из табл. 11.1. Вычисляем крутизну
.
,
Ток диода имеет вид последовательности импульсов (рис. 11.3).
Угол отсечки
ются по формулам [6]:
Амплитуда напряжения на открытом диоде
через полученный коэффициент передачи
Рис. 11.3. Пояснение режима функционирования диода
тока и коэффициент передачи K детектора определя-
(при
) и
задана и выражается
A
и амплитуду
.
входного
85
сигнала следующим образом:
д вых
(1 )
Am m
UUUU U K==−=−
m
U
/ (1 )
mA
UU K= −
C
0
50f =
F
0.7 гр
fF∆=
0
F
0 гр 0
1 (2 ) 2f F RC F=π>
1
τ
11
RCτ=
2
τ
22
RCτ=
11
RCτ=
( ) ( )
00
( ) 1 cos 2 cos 2
m
ut U M Ft ft= + π π⋅
2
m
U =
1M =
п
3 3/
i
CR C Sτ= =
з
3CR
τ=
11
RCτ=
22
RCτ=
вых
U
K
m
U
0
f
21
τ +τ
амплитуда
входного напряжения
. Отсюда
.
3. По заданным значениям нагрузки (
(
полосу пропускания
кГц) определите граничную частоту
) RC-фильтра, а также (ориентировоч-
но) значение модулирующей
частоты, для которой выполняется
и R) и несущей частоты
(и, следовательно,
гр
условие неискаженного детектирования:
. (11.1)
Это следует сделать для
(
) и
(
).
4. Постройте спектральные диаграммы для входного и выходного
сигналов, если на вход детектора (
) подано АМК:
, (11.2)
где
В,
5. Определите длительности переднего (
го (
) фронтов видеоимпульсов, получаемых при детектирова-
нии (с
и
.
) и задне-
) последовательности радиоимпульсов с
прямоугольной огибающей.
11.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Откройте диск «Education «Argon»(D)», папки «РТЦиС» и «Рабо-
та_11. Детектирование», а также файл, соответствующий номеру вашего варианта. Подключите (если не подключен) диод D1 1BH62.
1. Измерьте выходное напряжение
передачи
амплитуды
Частоту (
для рассчитанного в предварительном задании значения
входного немодулированного колебания.
) входного немодулированного колебания установите
и определите коэффициент
согласно предварительному заданию (т. е. 50 кГц). Измерения проведите при
.
Результаты сравните с предварительным расчетом.
86
2. Снимите детекторную характеристику детектора
вых
()
m
UU= ϕ
21
τ +τ
m
U
U
U
m
U
m
U
вых m
KU U=
m
U
0
f
m
U
1
τ
2
τ
1
C
2
C
1M =
1
τ
0
FF≤
0
F
2
τ
FF>=
2
1/ (2 )RC= π
1
τ
.
Измерения проведите при
.
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
m
изменяйте с шагом 25 мВ; да-
= 5 В с шагом 0.5 В.
m
Результаты занесите в таблицу и постройте два графика: первый
график с укрупненным масштабом начального участка характеристики (т. е.
значений
от нуля и до 0.3 В), второй – для всего диапазона
.
Постройте также два соответствующих графика зависимости ко-
эффициента передачи (
ла
.
) от амплитуды входного сигна-
3. Зарисуйте осциллограммы на входе и выходе детектора при подаче на вход:
а) немодулированного колебания (
• при постоянных времени нагрузки
= 50 кГц,
и
;
= 2 В):
• при отключенных конденсаторах (но подключенном сопротив-
лении нагрузки);
• без резистора (но при подключенных конденсаторах
б) модулированного колебания (
устанавливается (для
вания, т. е.
(
) из условий (11.1) неискаженного детектиро-
– из предварительного задания);
). Частота модуляции F
в) модулированного сигнала согласно пункту б), но для
не выполняется правая часть неравенства (11.1), т. е. когда
и
, когда
);
гр
;
4. Повторите пп. 3, а и 3, б, подключив виртуальный диод, обрат-
ное сопротивление которого бесконечно велико. Отметьте различия с
предыдущим результатом. Верните на место прежний диод.
5. Зарисуйте спектрограммы и измерьте амплитуды спектральных
составляющих для входного и выходного сигналов детектора (для
при подаче на его вход амплитудно-модулированного колебания ви-
да (11.2).
)
87
6. Исследуйте детектирование радиоимпульса с прямоугольной
1
τ
2
τ
С
огибающей.
Пронаблюдайте, как влияют частота заполнения импульсов и по-
стоянная времени RC-цепочки (
и
) на форму выходного сигнала.
Измерьте длительности фронтов видеоимпульсов. Результаты со-
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 (
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
«линейным» детектором?
88
Работа № 12
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. Автогенератор (АГ)
представляет собой резонансный усилитель с положительной обратной
связью (ПОС). Описание усилителя, варианты параметров его контура
для каждой бригады, ВАХ транзистора и работа цепи ОС даны в работе № 8.
Рис. 12.1. Схема лабораторного устройства
89
На вход 2 усилителя ключом Кл1 можно подать гармонический
f
pэ
Z
1
I
cp 1/m
S IU=
p cp р
K SZ=
кр
β
0.1B
m
U =
()
U fU
=
огр1
I
I
вых
ст
1
m
UU=
β
1.3β= β
0.7β= β
сигнал от генератора XFG1. Ключ Кл2 служит для кратковременной
подачи на вход автогенератора импульсов запуска прямоугольной
формы от источника V2.
Напряжение смещения (рабочая точка транзистора) задается источником U0.
12.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литера-
туре [6, гл.11; 4, с. 139–143; 3, с. 209–216; 1, с. 270–285].
2. Рассчитайте резонансную частоту (
ление (
) контура усилителя. Необходимые значения элементов C1,
) и резонансное сопротив-
p
L1, Rп даны в табл. 8.2.
3. Рассчитайте амплитуду тока
крутизну
, резонансный коэффициент усиления
первой гармоники, среднюю
,
а также критическое значение коэффициента обратной связи
. Рас-
чет выполните для двух напряжений смещения U0 = –1 и U0 = –1.8 В.
Амплитуда на входе при этом
.
4. Рассчитайте и постройте два графика амплитудной характери-
стики усилителя
вых const
mU
для заданных в п. 3 напряжений
=
0
смещения. При построении воспользуйтесь динамической стокзатворной характеристикой транзистора (рис. 12.2 и табл. 12.2). В таблице для каждого варианта даны значения тока стока, начиная с кото-
рых он не меняется (
…
). Максимальное значение входной
огр10
амплитуды определяется устойчивым прекращением роста амплитуды
на выходе.
5. По виду графиков оцените возможный режим самовозбуждения
(«мягкий», «жесткий»).
6. На графиках амплитудных характеристик постройте линии об-
ратной связи
жесткого
ст2 кр2
. Для мягкого режима
ст1 кр1
; для
. По точкам пересечения линий обратной связи с
колебательными характеристиками определите значения стационар-
90
ных амплитуд на выходе (
ст1 ст2
, UU
зап
U
p
f
p
Z
U0 = –1 В
U0 = –1.8 В
1
I
cp
S
K
кр1
β
U
1
I
cp
S
p2
K
β
U
зап
U
Экспе-
() () 2
f fn
ϕ +ϕ = ⋅ π
(), ()
ff
ϕϕ
Гр
12f f LC= = π
ГГ
()()1Kf fβ≥
Гpр
()K f K SZ= =
/
i
SS i u= ≈∆ ∆
ср
S
). Для жесткого режима определите
необходимую амплитуду импульсов запуска автоколебаний (
Указание. Результаты расчетов занесите в табл. 12.1.
Таблица 12.1
,
кОм
,
мA
,
мА/В
,
p1
ст1
мA
,
мА/В
,
кр2
ст2
Пара-
метры
кГц
Расчет
).
римент
− − − − −
Пояснения и расчетные соотношения
Методика и формулы для расчета параметров параллельного резонансного контура приведены в работе № 7. Расчет резонансного усилителя с обратной связью описан в работе № 8.
Для того чтобы усилитель с обратной связью возбудился, необходимо:
во-первых, обеспечить выполнение условия положительности обратной связи (ПОС):
(n = 0, 1, 2, …), (12.1)
где
ГГ
K
K
– ФЧХ усилителя и цепи ОС, из которого следует
β
β
;
во-вторых, выполнить амплитудное условие самовозбуждения
, (12.2)
где
.
Так как самовозбуждение усилителя происходит в линейном режиме работы, то
зистора в рабочей точке U0 . Она равна средней
– это дифференциальная крутизна тран-
при малых вход-
ных амплитудах.