Rttsis_lr_chast_2

41

9. Построить и сравнить между собой осциллограммы входного напряжения,

выходного тока и выходного напряжения. Построить и сравнить между собой амплитудные спектры выходного тока и выходного напряжения. Примерный вид результатов приведен на рис. 26.

Рис. 26. Результаты моделирования резонансного усилителя

10.Провести моделирование схемы для построения зависимостей, рассчитанных

впункте 1, по экспериментальным данным. Для каждой кривой получить не менее 10

точек. Сравнить результаты моделирования с расчетными данными. Сделать выводы.

Указания:

а) Для выполнения пунктов данного раздела необходимо самостоятельно определить параметры колебательного контура усилителя в соответствие с выполняемым вариантом задания. Исходных данных в задании недостаточно для однозначного расчета значений индуктивности катушки и емкости конденсатора контура, поэтому требуется привлечь дополнительные соображения для доопределения исходных данных. Наиболее естественный путь – задать добротность контура, после чего задача расчета параметров его элементов становится однозначной. Величину добротности контура целесообразно выбрать в пределах Q = 50..150 .

б) При построении осциллограм и спектрограмм напряжений и токов требуется внимательно задавать диапазоны изменений величин и масштабы по осям графиков. В

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

42

частности следует обратить внимание, что масштаб по оси Y на спектрограммах необходимо определять вручную, поскольку автомасштабирование там не поддерживается. Вообще, все числовые значения нужно вводить осознанно.

в) Для получения экспериментальных данных для построения колебательной характеристики целесообразно поступать следующим образом:

-задать некоторое значение амплитуды входного сигнала (источник V2 на рис. 24, который при выполнении работы может иметь другой номер, если схема собиралась в другом порядке);

-провести несколько циклов моделирования, дождавшись прекращения переходных процессов и установления постоянной амплитуды выходного напряжения

(V(3) на рис. 26);

- определить по осциллограмме амплитуду выходного напряжения Um_вых (как половину от величины размаха – разности между максимальным и минимальным значениями напряжения);

- определить амплитуду соответствующей гармоники тока как Im = Um_вых ;

Rрез

- повторить описанные действия для всех остальных значений амплитуды входного напряжения.

Иначе можно было бы определять непосредственно амплитуду гармоники тока по спектрограмме, однако описанный способ дает более точный результат.

11.Экспериментальные данные необходимо привести в очете по лабораторной работе в виде таблицы.

12.Окончательные результаты по расчетным и экспериментальным данным по всем значениям напряжения смещения целесообразно оформить в виде обобщенных графиков. Пример приведен на рис. 27.

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

43

Рис. 27. Результирующие данные по исследованию резонансного усилителя

2.4.3.Исследование резонансного умножителя частоты

13.Произвести расчет в программе Mathcad зависимости амплитуды заданной гармоники тока как функции напряжения смещения при заданной амплитуде входного сигнала (в соответствии с вариантом). Для выполнения расчета может быть применена программа, приведенная на рис. 28, в которой переменной величиной теперь следует считать первый аргумент функции Z, а второй параметр – амплитуду входного сигнала

–постоянной.

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

44

Рис. 28. Пример расчета зависимости амплитуды заданной гармоники тока стока от напряжения смещения для резонансного умножителя частоты

14. Провести в программе Microcap моделирование резонансного умножителя частоты. Построить и сравнить между собой осциллограммы входного напряжения,

выходного тока и выходного напряжения (рис. 29). Построить экспериментально полученную зависимость амплитуды заданной гармоники тока от амплитуды входного напряжения и крутизну по заданной гармонике тока. Провести моделирование схемы с целью определения оптимального значения напряжения смещения для заданного значения входного напряжения. Сравнить результаты с рассчитанными данными.

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

45

Рис. 29. Результаты моделирования резонансного умножителя частоты

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

46

2.5. Исходные данные для выполнения лабораторной работы

Таблица 2

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

47

2.6.Контрольные вопросы

1.Опишите кратко устройство нелинейного резонансного усилителя на транзисторе. Из каких основных компонентов он состоит и каково их назначение?

2.Иногда, характеризуя работу нелинейного резонансного усилителя, говорят, что он является «квазилинейным» устройством. Какие особенности преобразования сигналов делают его похожим на линейные устройства? В чем проявляется нелинейность?

3.Чем принципиально отличается схема транзисторного нелинейного резонансного усилителя от схемы нелинейного резонансного усилителя?

4.Дайте определение колебательной характеристики и средней крутизны для нелинейного резонансного усилителя. От каких параметров усилителя зависит вид этих характеристик? Опишите типичную трансформацию средней крутизны при изменении напряжения смещения на входе транзистора. Подумайте, изменится ли вид этих характеристик при изменении параметров колебательного контура – например, при увеличении его резонансного сопротивления с сохранением остальных параметров?

5.В лабораторной работе использовались три варианта задания величины напряжения смещения при исследовании нелинейного резонансного усилителя. Какой из вариантов целесообразнее использовать при необходимости осуществить с его помощью усиление амплитудно-модулированного сигнала?

6.Какую практическую пользу, с точки зрения процесса проектирования

резонансного умножителя частоты, можно извлечь из графика зависимости

In f U0 U вх _ m const ?

7. Подумайте, как изменится эта зависимость при увеличении вдвое амплитуды

входного сигнала?

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

48

3. Получение амплитудно-модулированных колебаний

3.1. Цель работы

Изучение способов получения амплитудно-модулированных колебаний.

Практическая реализация амплитудного модулятора и исследование его характеристик.

Исследование причин и форм проявления искажений информационного сигнала в амплитудном модуляторе.

3.2.Краткие теоретические сведения

3.2.1.Принцип получения амплитудно-модулированных колебаний

Устройство и принцип работы амплитудного модулятора можно проиллюстрировать функциональной схемой, изображенной на рис. 30.

Рис. 30. Функциональная схема амплитудного модулятора

Предположим, что имеется активный элемент, позволяющий управлять величиной тока в выходной цепи i t так, что она является нелинейной функцией двух напряжений

– us t и u 0 t . Одно из этих напряжений – модулирующее колебание us (t) , является сравнительно низкочастотным и изменяется по закону, соответствующему некоторому передаваемому сигналу s(t) . Другое, u 0 (t) – высокочастотное гармоническое колебание на несущей частоте 0 . В соответствии с известными закономерностями теории комбинационных частот [1], в спектре выходного тока появляются составляющие на комбинационных частотах, часть из которых составляет спектр амплитудно-модулированного колебания. При этом i(t) содержит и нежелательные

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

49

частотные составляющие, которых в спектре АМ-колебания быть не должно. Частотно-

избирательная цепь (ЧИЦ) подавляет эти нежелательные составляющие, формируя выходное напряжение uAM (t) , требуемой формы.

Пусть, например, модулирующий сигнал представляет собой гармоническое колебание на низкой, по сравнению с несущей, частоте

Подставив (14) в (15) и проделав необходимые преобразования, можно увидеть,

что в выходном токе будут присутствовать составляющие на 7 различных частотах: 0 ,

, 2 , 0 , 0 , 0 и 2 0 равные, соответственно:

= I AM (1 M cos t)cos 0t.

Остальные составляющие – лишние, однако они достаточно далеко отстоят от полезных

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»

50

на частотной оси, и от них можно избавиться с помощью полосового фильтра. На практике в качестве фильтра можно использовать одиночный колебательный контур.

Сказанное иллюстрируется рис. 31.

Рис. 31. Преобразования спектров при однотональной амплитудной модуляции

3.2.2. Искажения при амплитудной модуляции

При амплитудной модуляции возможно появление как частотных (линейных), так и нелинейных искажений.

Частотные искажения возникают из-за неидеальности свойств частотно-

избирательной сети, АЧХ которой является не строго прямоугольной, а ФЧХ не равна тождественно нулю в полосе пропускания.

Причиной нелинейных искажений является неидеальность характеристики нелинейного преобразователя. Из приведенного выше примера видно, что нелинейные искажения не возникают, если эта характеристика является квадратичной. На практике такое требование может выполняться лишь приближенно, что приводит к появлению комбинационных частот более чем 2-го порядка, которые искажают форму огибающей модулированного сигнала. Нелинейные искажения возрастают при увеличении амплитуды модулирующего колебания и, соответственно, коэффициента модуляции АМ-сигнала. В результате может возникать естественное ограничение максимальной глубины модуляции для заданного допустимого уровня нелинейных искажений.

На практике для оценки линейности амплитудного модулятора используют

Оглавление

Микаэльян С.В. Нелинейные преобразования в радиотехнических цепях. Методические указания к

лабораторным работам по дисциплине «Радиотехнические цепи и сигналы»