ПОСОБИЕ ПО ЛАБАМ СФУ

Режим работы транзистора по постоянному току можно регулировать с помощью потенциометра «Смещение», изменяющего напряжение смещения на базе транзистора.

Рисунок 4.2 Передняя панель установки для выполнения лабораторной работы №4.

Это напряжение измеряется вольтметром базового устройства, верхний предел шкалы которого равен 1 В.

Сигнал от внешнего генератора стандартных сигналов следует подводить к гнёздам Г1, в установке гнезда Г1 и Г5 соединены параллельно. Это позволяет контролировать амплитуду сигнала, подключив вольтметр к гнёздам Г5.

При включенном гетеродине амплитуду колебания с частотой гетеродина можно изменять скачкообразно с помощью тумблера, имеющего два положения – «Большая» и «Малая».

При исследовании процесса синхронного детектирования возникает необходимость синхронизации гетеродина напряжением сигнала. Цепь синхронизации включается тумблером «Синхронизация».

Для изменения начальной фазы гетеродина в установке имеется фазовращатель, представляющий собой линию задержки на 4 мкс. с 11 отводами.

Переключение отводов линии задержки с помощью переключателя «Фаза» позволяет скачкообразно изменять начальную фазу колебаний гетеродина, поступающую на базу транзистора.

Вольтметр и электронный осциллограф следует подключить к гнёздам Г3 и Г4 , которые с помощью переключателя «Выход», имеющего три положения – «Преобр.», «Детект.», «Гетерод.», соединяются с выходом преобразователя, детектора и гетеродина.

Лабораторное задание и методические указания

1)Снять зависимость напряжения на выходе преобразователя от напряжения смещения в режиме прямого прохождения при Uс=10 мВ, fc= fп и выключенном гетеродине.

1.1) Подготовить приборы и установку к исследованию. Подключить генератор стандартных сигналов (калиброванный выход) к гнёздам Г1, милливольтметр и осциллограф к гнёздам Г3 и Г4. Выставить Uс=10 мВ с помощью регулировок выхода ГСС. Установить переключатель «Выход» в положение «Преобраз.», выключить гетеродин. Установить смещение Uб0= 0,5 В.

1.2)Изменяя частоту генератора, настроиться в резонанс на частоту fп* по максимуму напряжения на выходе преобразователя.

1.3)Уменьшая Uб0, снять зависимость Uвых(Uб0). 1.4)Построить график снятой зависимости.

2)Выбрать рабочую точку на середине линейного участка зависимости Uвых(Uб0), установить и сохранять постоянным смещение Uб0, соответствующее выбранной рабочей точке.

3)Снять и построить зависимость напряжения на выходе преобразователя от частоты сигнала при Uc=10 мВ, занося в таблицу

значения напряжения на выходе преобразователя в максимумах и частоты максимумов выполнить исследования для двух случаев: амплитуда гетеродина малая, амплитуда гетеродина большая.

Включить гетеродин. Синхронизацию гетеродина выключить. Переключатель «Фаза» установить в положение 0. Установить требуемую амплитуду гетеродина и смещение, выбранное в п. 2 лабораторного задания.

При снятии Uвых(fc) изменять частоту сигнала до 1 МГц.

4)Просмотреть осциллограммы АМ- напряжения на выходе

преобразователя на частоте сигнала: а) fc= fг*+ fп* или fc= |fг*- fп*|; б) fc= 3fг*+ fп* или fc= |3fг*- fп*|, при Uc= 10 мВ, М= 30%, f= 400 Гц, большой амплитуде гетеродина и смещении, выбранном и установленном в п.2 лабораторного задания.

5)Снять зависимость Uвых(Uб0) при большой амплитуде гетеродина.

6) Рассчитать зависимость коэффициента преобразования от смещения Кпр(Uб0), используя результаты эксперимента, полученные в п.5 лабораторного задания.

Указания к отчёту

Отчёт должен содержать:

1)Принципиальную схему преобразователя;

2)Результаты выполнения домашнего задания;

3)Таблицы, графики и осциллограммы, полученные при выполнении лабораторного задания;

4)Сравнение и анализ данных расчёта и эксперимента, краткие выводы по работе.

Вопросы для самопроверки

1)Начертить принципиальную схему преобразователя и объяснить назначение всех элементов.

2)При каких условиях можно рассматривать преобразователь как линейное параметрическое устройство?

3)Изобразить и объяснить зависимость крутизны транзистора функции напряжения на базе S(uб).

4)Располагая характеристикой S(uб), построить S(t) методом проекций при большой и малой амплитуде гетеродина и различных смещениях.

5)Какие колебания принято называть к о м б и н а ц и о н н ы м и?

6)Какие комбинационные колебания на выходе преобразователя частоты возможны при малой и большой амплитудах гетеродина?

7)Объясните назначение фильтра промежуточной частоты в схеме преобразователя частоты.

8)Каково аналитическое выражение функции, аппроксимирующей вольтамперную характеристику транзистора в интервале напряжений, где крутизна является линейной функцией напряжения?

9)Как изменяются результаты, полученные при выполнении п.5 лабораторного задания, если увеличить: а) частоту гетеродина на 50 кГц; б) частоту настройки ФПЧ на 50 кГц; в) fг и fп на 50 кГц?

10)Почему при преобразовании частоты стремятся выделить колебания с частотами |fг ± fс| ?

11)Каковы причины возможного появления искажений колебаний на выходе преобразователя частоты?

Лабораторная работа № 5

Синхронное детектирование

Цель работы — изучение основных закономерностей синхронного детектирования. В работе исследуется влияние рассогласования

напряжений гетеродина и источника сигнала по фазе и частоте на выходной эффект детектирования.

Основные обозначения, расчетные формулы и определения

Синхронное детектирование можно рассматривать как особый вид преобразования частоты, при котором ωГ = ωс . В этом случае, как видно из выражений (4.3) и (4.4),

+ mÃ2S0 Uc (t)cos[(ωà −ωñ )t +ϕà −ϕñ ]

при малой амплитуде гетеродина крутизна характеристики

транзистора iк (иб ) изменяется по гармоническому закону синхронно с несущей частотой сигнала, а в составе тока, протекающего в цепи коллектора, кроме высокочастотных оказываются и низкочастотные составляющие,

являющиеся полезным продуктом детектирования.

Основные свойства синхронного детектора: детекторная характеристика линейна; напряжение на выходе зависит от разности фаз

ϕ = ϕГ −ϕс ; наиболее выгодными являются синхронный и синфазный режимы работы; обладает частотной избирательностью.

Описание лабораторной установки

Данную лабораторную работу выполняют на той же установке, что и работу № 4. Описание установки приведено на стр. 28.

Домашнее задание

1) Изучить эффект прямого детектирования за счет нелинейности характеристики iк (u6) транзистора. Располагая зависимостью iк (u6), приведенной на рисунке 5.1, и, считая режим детектирования квадратичным, изобразить зависимость коэффициента передачи детектора от напряжения смещения U60. Зависимости iк (u6) и КД (иб) изобразить друг под другом в одном масштабе по оси абсцисс.

Рисунок 5.1 График характеристики транзистора iк(uб) (iк в мА, uб в В)

2) Изучить влияние рассогласования по фазе гетеродина и источника сигнала на эффект синхронного детектирования.

Зная частоту гетеродина fГ и задержку одной секции линии задержки (0,4 мкс), используемой в лабораторной установке в качестве фазовращателя, изменяющего начальную фазу гетеродина, рассчитать фазовый сдвиг ϕГ1 , вносимый одной секцией линии задержки.

Приняв начальную фазу сигнала ϕс = 0 и fc = fГ , рассчитать зависимость Uвых Uвыхmax от nϕГ1 , где Uвых max — максимальное напряжение на выходе синхронного детектора в синхронном и синфазном режимах; nϕГ1 — фазовый сдвиг, вносимый секциями линии задержки; числу п придавать значения от 0 до 11. Построить рассчитанную зависимость как функцию номера отвода линии задержки п.

3) Изучить влияние рассогласования гетеродина и источника сигнала по частоте.

Изобразить осциллограмму напряжения на выходе синхронного детектора при рассогласовании гетеродина и сигнала по частоте в отсутствие модуляции сигнала.

Изобразить осциллограмму напряжения на выходе синхронного детектора, если на вход его подан AM сигнал с коэффициентом модуляции М = 50%, причем fà − fc ≈ 0.1F , Здесь F — модулирующая частота.

Лабораторное задание и методические указания

1)Исследовать эффект прямого детектирования за счет нелинейности характеристики транзистора iк ( иб ). Снять зависимость

низкочастотного напряжения на выходе детектора от напряжения смещения Uвых (Uб0 ) при выключенном гетеродине, частоте модуляции F

= 1000 Гц, fc = fГ , Uc = 100 мВ и М = 30%.

1.1) Подготовить приборы и установку к работе.

Подключить генератор стандартных сигналов (калиброванный выход) к гнездам Г1, вольтметр и осциллограф — к гнездам ГЗ и Г4.

Установить переключатель «Выход» в положение «Детектор».

Установить fc = fГ , F = 1000 Гц, Uc = 100 мВ и М = 30% с

помощью соответствующих регулировок генератора стандартных сигналов.

1.2) Снять зависимость Uвых (Uб0 ) , изменяя смещение Uб0 с помощью потенциометра.

2)Убрать эффект прямого детектирования, уменьшая напряжение смещения. При дальнейшем выполнении работы напряжение смещения не изменять.

3)Получить эффект синхронного детектирования.

Включить гетеродин и цепь синхронизации гетеродина. Установить переключатель «Фаза» в положение «0». Перевести переключатель «Выход» в положение «Гетеродин». Изменяя частоту сигнала, произвести

синхронизацию частоты гетеродина по максимуму амплитуды напряжения на выходе гетеродина. Перевести переключатель «Выход» в положение

«Детектор». Убедиться в наличии эффекта синхронного детектирования, включая и выключая гетеродин.

4) Исследовать влияние рассогласования по фазе гетеродина и источника сигнала. Снять зависимость Uвых Uвыхmax от п, где n—номер отвода линии задержки. Экспериментальные точки нанести на соответствующий график, полученный расчетным путем при выполнении домашнего задания.

4.1) Переключая отводы линии задержки с помощью переключателя «Фаза», снять зависимость Uвых (n).

4.2) Рассчитать и построить зависимость Uвых Uвыхmax от п.

5) Исследовать влияние рассогласования гетеродина и источника сигнала по частоте. Просмотреть и зарисовать осциллограммы

напряжения на выходе детектора при отключенной синхронизации гетеродина и различных частотах сигнала при М =50% и при fà − fc ≈ 0.1F . Здесь F-модулирующая частота

Указания к отчету

Отчет должен содержать:

1)результаты выполнения домашнего задания;

2)таблицы с экспериментальными данными;

3)графики рассчитанных и экспериментальных зависимостей;

4)осциллограммы напряжений на выходе фильтра нижних частот; 5) сравнение и анализ данных расчета и эксперимента. Краткие

выводы по работе.

Вопросы для самопроверки

1)Приведите принципиальную схему синхронного детектора и поясните назначение элементов.

2)Поясните принцип синхронного детектирования.

3)Как рассогласование по частоте повлияет на выходное напряжение синхронного детектора?

4) Приведите и объясните осциллограмму напряжения на выходе

синхронного детектора при рассогласовании по частоте гетеродина и источника сигнала:

а) в отсутствие модуляции сигнала;

5)Как искажается изменение разности фаз ϕ = ϕГ −ϕс на выходном напряжении синхронного детектора?

6)Приведите и объясните детекторную характеристику синхронного детектора.

7)Объясните, почему синхронный детектор обладает частотной избирательностью.

Лабораторная работа № 6

RC-генератор гармонических колебаний

Цель работы — исследование условия самовозбуждения и стационарного режима RС-генератора, анализ поведения цепи с коэффициентом усиления усилителя, большим и меньшим критического, при внешнем гармоническом воздействии.

Рисунок 6.1 Эквивалентная обобщенная схема RC-генератора

Основные обозначения, расчетные формулы и определения

Вработе исследуется наиболее распространенный тип RС-генератора

смостом Вина и нулевым фазовым сдвигом в цепи обратной связи на частоте генерации. Его эквивалентная обобщенная схема приведена на рис

6.1.

RС-генератор содержит: усилитель с комплексным коэффициентом передачи:

уравнение, описывающее состояние системы при небольших отклонениях от состояния покоя, имеет вид

принимают различные значения при изменении величины коэффициента усиления К. Траектория их движения на

Рисунок 6.2 Эквивалентная схема разомкнутого тракта RС-генератора

комплексной плоскости р при изменении коэффициента усиления К от нуля до бесконечности называется к о р н е в ы м г о д о г р а ф о м .

Корни принимают значения р 1,2 = ± jω0 , т. е. попадают на мнимую ось, при критическом коэффициенте усиления Ко = 3. Генерация возможна, если

Re[р1]>0 и Re[р2]>0, т. е. при

Инженерный критерий устойчивости Найквиста позволяет решить вопрос о возможности возникновения колебаний в системе с внешней обратной связью по амплитудно-фазовой характеристике системы с разомкнутой цепью обратной связи. Размыкание цепи обратной связи приводит к схеме, изображенной на рисунке 6.2. Амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики разомкнутого тракта легко можно снять экспериментально. Исключив частоту и сделав переход к полярной системе координат, получим амплитудно-фазовую характеристику разомкнутого тракта или годограф Найквиста. Критерий устойчивости Найквиста формулируется следующим образом: состояние покоя системы с обратной связью является неустойчивым, если амплитудно-фазовая характеристика

разомкнутой цепи охватывает точку с координатоми цепь с замкнутой обратной связью неустойчива

Для получения в стационарном режиме почти гармонических колебаний в усилитель RС-генератора введена инерционная нелинейная отрицательная обратная связь, глубина которой возрастает при увеличении амплитуды генерируемых колебаний.

Рисунок 6.3 RС-генератор под внешним воздействием

При действии внешней гармонической э.д.с. на исследуемую систему (рисунок 6.3) следует выделить два случая: К < Ко и К> Ко.

В первом случае система представляет собой недовозбужденный автогенератор. Такую систему называют еще р е г е н е р и р о в а н н ы м у с и л и т е л е м . При малых входных сигналах, т. е. в линейном режиме,