ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕУСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

Цель работы: определить амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) усилителей радиосигналов (УРС) на биполярных и полевых транзисторах на минимальной и максимальной рабочих частотах при активной и резонансной нагрузках, а также на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, при различных значениях крутизны транзистора на минимальной и максимальной рабочих частотах.

Краткиетеоретическиесведения

Резонансный коэффициент усиления УРС с одиночным контуром определяют по формуле [1]

K0 = p1 p2 Y21 ,

Gэ

где p1 – коэффициент включения транзистора данного каскада к контуру; p2 – коэффициент включения входа следующего каскада (нагрузки) к контуру;

Y21 – модуль проводимости прямой передачи транзистора; Gэ – эквивалент-

ная проводимость контура (проводимость контура с учетом влияния внешних проводимостей).

Для схемы с трансформаторной связью транзистора данного каскада с контуром УРС коэффициент включения транзистора вычисляют следующим образом:

где kсв – коэффициент связи; Lсв – индуктивность катушки связи. Эквивалентную проводимость контура рассчитывают по формуле

Gэ = ωδ0 э L .

Катушка связи с выходной емкостью (в нее входят выходная емкость транзистора С22, собственная емкость катушки связи CLсв, паразитная монтажная емкость См) образует контур, резонансная частота которого составляет

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

где Свых = С22 + См + CLсв. Эту частоту называют собственной частотой выходной цепи усилительного прибора. Обычно fвых более чем в три раза пре-

вышает резонансную частоту контура УРС. В этом случае усилитель работает в режиме укорочения, и резонансный коэффициент передачи увеличивается с ростом частоты:

Для рассматриваемых в данной лабораторной работе резонансных частот можно считать, что δý ≈ const .

Параметры транзистора зависят от режима питания, главным образом от тока коллектора. Если режим питания транзистора отличается от того, при котором снимались параметры, производят пересчет по формулам [2]

В приведенных формулах со штрихом даны параметры из справочника, измеренные при токе коллектора I'0, а I0 – ток коллектора в рабочей точке рассчитываемого каскада. Коэффициент устойчивого усиления УРС по схеме c общим эмиттером (ОЭ) определяют следующим образом:

Kуст = 0,2Y21 ,

Y12

где Y21 – модуль прямой взаимной проводимости (крутизны) при короткозамкнутом выходе; Y12 – модуль обратной взаимной проводимости при короткозамкнутом входе. Модуль обратной проводимости

Y12к=ω C ,

где ω – угловая рабочая частота; Ск – емкость коллектора (для транзистора 2Т307Б Ск можно принять равной 6 пФ).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

Описаниелабораторнойустановки

Лабораторная установка предназначена для экспериментальных исследований процесса усиления высокочастотных амплитудно-модули- рованных колебаний с помощью усилителей радиосигналов. На установке определяются:

−амплитудно-частотные характеристики усилителей радиосигналов на биполярных и полевых транзисторах;

−влияние проводимости обратной связи на деформацию АЧХ различных типов УРС: на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером; на биполярных транзисторах, включенных по каскодной схеме; на полевом транзисторе, включенном по схеме с общим истоком (ОИ);

−зависимость устойчивого коэффициента усиления по напряжению

усилителя радиосигналов на биполярном транзисторе от его крутизны Y21 .

Структурная схема установки, состоящей из трех блоков, приведена на рис. 2. Блок I служит для исследования характеристик УРС на биполярном транзисторе КТ315Б. Выход усилителя через кнопочный переключатель I «Тип усилителя» соединен с входом первого суммирующего буферного усилителя на полевом транзисторе КП303Д, включенного по схеме с ОИ.

Блок II предназначен для проведения исследований амплитудночастотных характеристик УРС на полевом транзисторе КП303Д. Выход через кнопочный переключатель II «Тип усилителя» соединен со входом второго суммирующего буферного усилителя на полевом транзисторе КП303Д, включенного по схеме с ОИ.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

Блок III позволяет проводить исследования амплитудно-частотных характеристик каскодного усилителя радиосигналов, выполненного на биполярных транзисторах КТ315Б. Выход УРС через кнопочный переключательIII «Тип усилителя» подсоединен к входу третьего суммирующего буферного усилителя на полевом транзисторе КП303Д, включенного по схеме с ОИ.

Включение установки

Рис. 3. Схема подключения лабораторной остановки к контрольно-измерительной аппаратуре и источнику питания

Входной немодулированный сигнал Uc (t)=Umccos(ωct) поступает на

входной контур УРС, подключенный к входам усилительных приборов трех блоков. В лабораторной установке предусмотрена возможность одновременного изменения собственных резонансных частот всех контуров путем подключения с помощью кнопочного переключателя Kf конденсаторов С. Выходной сигнал снимается с выхода эмиттерного повторителя ОК на биполярном транзисторе КТ315Б, вход которого соединен с объединенными стоками

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

суммирующих буферных усилителей. Для снятия амплитудно-частотных характеристик УРС при активной нагрузке предусмотрено шунтирование выходного контура резистором R2. Такое шунтирование осуществляется с помощью кнопочного переключателя Кн. Для измерения зависимости устойчивого коэффициента усиления УРС от величины крутизны биполярного транзистора предусмотрена регулировка эмиттерного тока с помощью переменного резистора R1 «Регулировка крутизны».

Соединение лабораторной установки с контрольно-измерительной аппаратурой и источником питания показана на рис. 3. Источник питания ±12 В подключается к разъему, расположенному на задней стенке корпуса установки. Один комплект контрольно-измерительной аппаратуры (цифровой частотомер, генератор стандартных сигналов (ГСС) и милливольтметр переменного тока) подключен с помощью коаксиального разъема к входу «Входной сигнал». Второй комплект аппаратуры (осциллограф и милливольтметр переменного тока) подключен к коаксиальному разъему «Выходной сигнал». Оба разъема расположены на задней стенке лабораторной установки. С помощью милливольтметров переменного тока, ГСС и частотомера происходит измерение амплитудно-частотных характеристик различных УРС при активной и реактивной нагрузках. Осциллограф используется для визуальной регистрации процесса избирательного усиления.

Выбор одного из блоков для проведения экспериментальных исследований происходит с помощью кнопочного переключателя блоков «Тип усилителя» I, II и III. При этом включение требуемого блока производится нажатием соответствующей кнопки при отжатых кнопках двух других блоков. Изменение соответственных резонансных частот входного и выходных контуров происходит путем нажатия кнопки Kf. Изменение вида нагрузки на резонансную осуществляется путем нажатия кнопки Кн.

Порядоквыполненияработы

Ознакомившись с описанием контрольно измерительной аппаратуры, входящей в экспериментальную лабораторную установку, включить приборы и саму установку нажатием кнопки. В данной установке максимальная собственная резонансная частота (f0)max настройки контуров находится в диапазоне 1 300–1 400 кГц, минимальная частота (f0)min – в диапазоне 750–800 кГц.

Установить уровень входного сигнала Umс = 50 мВ и поддерживать его неизменным в процессе всех измерений по пп. 1–3. При снятии резонансных кривых (7–9 точек) изменение частоты производить в пределах уменьшения коэффициента передачи до нормированного уровня 0,1–0,2 от резонансной частоты. Выполнить следующие измерения.

1. Получить зависимость эффективных значений выходного напряжения от частоты входного сигнала для УРС на биполярном транзисторе

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

(Блок I) при минимальном значении крутизны (ручка «Регулировка крутизны» в крайнем левом положении).

1.1. Для активной нагрузки (кнопка Кн в отжатом состоянии) при выборе максимальной собственной резонансной частоты (f0)max контуров (кнопка Kf в нажатом состоянии) получить зависимость Um вых = ϕ( fc ). Результаты

измерений занести в таблицу и построить графикUm вых Um вых0 =ϕ(fc ).

1.2. Для резонансной нагрузки (кнопка Кн в нажатом состоянии) при выборе максимальной собственной резонансной частоты (f0)max контуров

(кнопка Kf в нажатом состоянии) получить зависимость Um вых = ϕ(fc ). Результаты измерений занести в таблицу и построить графикUm вых Um вых0 =ϕ(fc ).

1.3. Для активной нагрузки (кнопка Кн в отжатом состоянии) при выборе минимальной собственной резонансной частоты (f0)min контуров (кнопка Кf в отжатом состоянии) получить зависимостьUm вых = ϕ( fс ). Результаты измере-

ний занести в таблицу и построить графикUm вых Um вых0 =ϕ(fc ).

1.4. Для резонансной нагрузки (кнопка Кн в нажатом состоянии) при выборе минимальной собственной резонансной частоты (f0)min контуров (кнопка Kf в отжатом состояний) получить зависимость Um вых = ϕ( fc ). Ре-

зультаты измерений занести в таблицу и построить график.

2. Получить зависимость эффективных значений выходного напряжения Um вых от частоты входного сигнала fc для УРС на полевом транзисторе

(блок II). Измерение Um вых проводить в соответствии с пп. 1.1–1.4.

3. Получить зависимость эффективных значений выходного напряжения Um вых от частоты входного сигнала fс для каскодной схемы УРС (блок III).

Измерение Um вых проводить в соответствии с пп. 1.1–1.4.

4. Определить зависимость коэффициента усиления по напряжению от частоты fc при различных значениях крутизны транзистора УРС на биполярном транзисторе (блок I) при уровне входного сигнала 5–6 мВ.

4.1. Для резонансной нагрузки (кнопка Кн в нажатом состоянии) при выборе минимальной собственной резонансной частоты (f0)min (кнопка Кf в отжатом состоянии) снять зависимость эффективных значений выходного напряжения Um вых от частоты fc. Построить резонансную кривую, опреде-

лить напряжение (Um вых)рез при резонансе, резонансный коэффициент усиления (KU 0 )1 и резонансную частоту (fc)рез1.

4.2. Ручкой «Регулировка крутизны» увеличить резонансный коэффициент усиления в 2 раза, одновременно поддерживая частоту, равную (fc)рез2 в резонансе с собственной частотой контуров (тем самым корректируется смещение настройки контуров УРС при изменении крутизны). Провести измерения, аналогичные п. 4.1, получить (KU 0 )2 и (fc )рез2 .

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

4.3.Увеличить резонансный коэффициент усиления в 4–5 раз, провести измерения, аналогичные п. 4.2, определить (KU 0 )3 и (fc )рез3 .

4.4.Получить резонансный коэффициент усиления, равный 10KU0min , провести измерения, аналогичные п. 4.2, определить (KU0 )4 и (fc )рез4 .

4.5.Для максимальной собственной резонансной частоты (f0 )max

контуров (кнопка Kf в нажатом состоянии) провести измерения, аналогичные пп. 4.1–4.4.

Расчетноезадание

Рассчитать и построить график зависимости резонансного коэффициента усиления УРС с нагрузкой в виде одиночного контура от частоты. Оценить устойчивый коэффициент усиления. Контур в коллекторную цепь включен трансформаторно. При расчетах использовать следующие данные:

–индуктивность контура 1-го поддиапазона – 25 мкГн, 2-го поддиапазона – 11,2 мкГн;

–коэффициент связи катушек индуктивности – 0,2;

–эквивалентное затухание контура – 0,05;

–индуктивность связи Lсв 1-го поддиапазона – 200 мкГн; 2-го поддиапазона – 90 мкГн;

–емкость коллекторной цепи 10 пФ;

–коэффициент включения контура со стороны входа следующего

каскада – p2 = 0,1.

Значения сопротивления нагрузки, а также резонансные частоты для каждого варианта задания приведены в табл. 4. Полученные значения резонансного коэффициента усиления на верхней частоте поддиапазона сравнить

скоэффициентом устойчивого усиления.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

Содержаниеотчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1.Наименование и цель работы.

2.Структурные схемы, краткое описание и принципы работы исследуемых усилителей радиосигналов.

3.Результаты измерений для трех типов усилителей радиосигналов.

3.1.Для усилителя радиосигналов на биполярном транзисторе:таблицы с

при f0 =( f0 )max и по пп. 1.3 и 1.4 при f0 =( f0 )min .

3.2.Для усилителя радиосигналов на полевом транзисторе: таблицы с результатами измерений, расчетов и экспериментальные зависимости, полученные по методике п. 3.1.

3.3.Для каскодного усилителя радиосигналов таблицы с результатами измерений, расчетов и экспериментальные зависимости, полученные по методике п. 3.1.

3.4.Графики зависимостей Umвых Umвых0 =ϕ(fc − fc.рез ) для четырех значений крутизны (по результатам измерений в п. 4). По графикам определить полосы ∆f0,7 пропускания УРС по уровню 0,7 от резонансного коэффи-

циента усиления.

График зависимости fc.рез ∆f0,7 =ϕ (Ku0 )i (Ku0 )1 для i = 1, 2, 3, 4. График зависимости резонансной частоты усилителя от изменения крутизны

Ku Ku0 = ϕ( fc ) (пп. 1.1–1.4) и

изменения резонансной частоты УРС при резонансной нагрузке.

4.2.Анализ деформации амплитудно-частотных характеристик УPC для различных нагрузок (активной и резонансной).

4.3.Объяснение характера зависимостей Ku Ku0 =ϕ( fc ) (пп. 1–3) для

различных типов усилителей радиосигналов.

4.4. Анализ деформации АЧХ усилителя радиосигналов на биполярном транзисторе при различных коэффициентах усиления по напряжению.

Контрольныевопросыизадания

1.Каково назначение усилителя радиосигналов в устройствах приема

иобработки сигналов?

2.Перечислить основные характеристики усилителей радиосигналов.

3.Какие существуют методы анализа работы усилителей радиосигналов?

4.Как влияет проводимость обратной передачи на свойства усилителя радиосигналов?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЕЙ РАДИОСИГНАЛОВ

5.Чем определяется устойчивость УРС?

6.Привести основные схемы усилителей радиосигналов на биполярных и полевых транзисторах.

7.Как уменьшить влияние проводимости обратной передачи на деформацию АЧХ усилителя радиосигналов?

8.С чем связано смещение резонансной частоты настройки УРС при резонансной нагрузке?

9.Указать основные достоинства каскодного усилителя радиосигналов.

10.Как выбрать величину емкости конденсатора фильтра в цепи коллекторного питания и разделительного конденсатора?

11.Как зависит резонансный коэффициент усиления УРС от частоты внутри каждого поддиапазона и при переходе с одного поддиапазона на другой?

12.Как изменяется форма резонансной характеристики УРС с электронной перестройкой при изменении частоты настройки?

13.Какое влияние оказывает сосредоточенная по спектру помеха на полезный сигнал при прохождении через УРС?

14.Как выбрать величину индуктивности катушки связи в схеме УРС

странсформаторной связью с контуром?

15.Какие искажения может претерпевать сигнал в УРС и что следует предпринимать для их уменьшения?

16.Как выбрать элементы резонансного контура УРС с электронной перестройкой?

17.Назвать причины, приводящие к самовозбуждению УРС.

18.Выбрать коэффициент усиления и полосу пропускания УРС.

19.Построить и пояснить график зависимости спектральной плотности мощности шума от частоты на выходе УРС, если на входе действует белый шум.