ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕДЕТЕКТОРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХСИГНАЛОВ

Цель работы:

–определить зависимость постоянной составляющей напряжения на нагрузке детектора от эффективных значений входного сигнала без модуляции для трех типов детекторов и двух значений сопротивления нагрузки;

–измерить частотные характеристики трех типов детекторов для трех значений емкости нагрузки;

–установить зависимость коэффициента передачи от напряжения входного сигнала для трех типов детекторов.

Краткиетеоретическиесведения

Входное сопротивление последовательного диодного детектора рассчитывают с учетом обратного сопротивления диода [1]:

Коэффициент передачи при линейном детектировании не зависит от амплитуды входного сигнала и определяется только углом отсечки θ.

Ориентировочно при SRн > 50–100

К =cosθ≈cos 3S3πRн .

Описаниелабораторнойустановки

Лабораторная установка предназначена для экспериментальных исследований процесса детектирования амплитудно-модулированных (АМ) сигналов, выполняемого на базе:

–диодного детектора;

–транзисторного детектора на основе ИМС;

–синхронного амплитудного детектора на основе аналогового перемножителя.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Структурная схема установки, состоящей из трех блоков, приведена на рис. 7. Блок I служит для исследования характеристик амплитудного детектора на основе полупроводникового диода, к выходу которого («Вых. 1») подключены элементы нагрузки C1, C2, Rl, R2. Через разделительный конденсатор Cр емкостью 1 мкФ подключен резистор, сопротивление которого эквивалентно входному сопротивлению усилителя низкой частоты (УНЧ) и равно 4,7 кОм.

Блок II позволяет проводить исследование характеристик амплитудного детектора на транзисторах, выполненного на ИМС К152ХА2. Входной АМ-сигнал поступает через усилитель на транзисторный детектор, к выходу которого («Вых. 1») подключены элементы нагрузкиC1, C2, R1, R2. Через разделительный конденсаторСр емкостью 1 мкФ подключен резисторRУНЧ = 4,7 кОм.

Блок III предназначен для экспериментальных исследований амплитудного синхронного детектора. В его состав входят: компаратор напряжения (усилитель-ограничитель) на ИМС К554СА2; полосовой пьезоэлектрический фильтр (ПФ) со средней частотой fср = 465 кГц и полосой прозрачности fф = 8 кГц; аналоговый перемножитель на ИМC K140MA1 и согласующий усилитель на ИМС К574УД2, к выходу которого подключены фильтры низкой частоты (ФНЧ),Rф, Cф, Ср и RУНЧ (Rф = 3 кОм, Сф = 4 700 пФ).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Включение установки

Тип детектора I, II, III

Нагрузка детектора

Рис. 8. Схема подключения лабораторной установки к вспомогательной и контрольно-измерительной аппаратуре

Соединение лабораторной установки с контрольно-измерительной и вспомогательной аппаратурой показано на рис. 8. Источники питания ±12 В подключаются к разъему, расположенному на задней стенке корпуса установки. Один комплект контрольно-измерительной аппаратуры (генератор звуковых частот, генератор стандартных сигналов, милливольтметр переменного тока) подключен к входу «Вход сигнала». Второй комплект аппаратуры (милливольтметр постоянного тока, двухлучевой осциллограф и милливольтметр переменного тока) подключен к выходам установки «Вых. 1» и «Вых. 2» согласно рис. 8. С помощью милливольтметра постoянногo тока происходит измерение постоянной составляющей напряжения на нагрузке детектора. Выбор величины этой нагрузки при исследовании амплитудных детекторов на диодах (блок I) и транзисторах (блок II) осуществляется путем включения соответствующих значений R1, R2 и C1, C2 (рис. 8). При этом включение резисторов R1 или R2, а также конденсаторов С1 или C2 происходит путем нажатия соответствующей кнопки. Допускается одновременное включение кнопок R1 и R2, а также С1 и С2. Для измерения уровня модулирующего сигнала на выходе детектора используется милливольтметр переменного тока. Для визуального контроля формы выходного напряжения на «Вых. 1» и «Вых. 2» используется двухлучевой осциллограф.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Выбор одного из блоков для проведения экспериментальных исследований происходит с помощью кнопочного переключателя блоков I, II или III (рис. 8, «Тип детектора»). При этом включение требуемого блока производится нажатием соответствующей кнопки при отжатых кнопках двух других блоков.

Порядоквыполненияработы

Ознакомившись с описанием контрольно-измерительной аппаратуры, входящей в экспериментальную лабораторную установку, включить приборы и саму установку нажатием кнопки «Вкл.» (рис. 8). После этого, установив частоту несущего колебания входного сигнала fс = 465 кГц, провести следующие измерения:

1. Получить зависимость постоянной составляющей U‗ на нагрузке диодного детектора (блок I) от эффективных значений входного сигнала Uс без модуляции. Установив конденсатор нагрузки C1, построить указанные зависимости для двух значений резисторов нагрузки R1 и R2. Измерения провести для режимов «слабых» и «сильных» сигналов.

1.1. Для режима «слабых» сигналов, изменяя Uс через интервал 3 мВ в пределах от 5 до 22 мВ, измерить значения U‗ на «Вых. 1» с помощью милливольтметра постоянного тока. Результаты занести в таблицу и построить

график U‗ = f(Uс).

1.2. Для режима «сильных» сигналов, изменяя Uс через интервал 40 мВ в пределах от 40 до 800 мВ, измерить значения U‗ на «Вых. 1» с помощью милливольтметра постоянного тока. Результаты занести в таблицу и постро-

ить график U‗ = f(Uс). Установив Uс = 400–600 мВ, зарисовать с экрана процесс заряда-разряда конденсатора нагрузки для двухзначений Rн = R1 и Rн = R2.

2. Получить зависимость постоянной составляющей U‗ на нагрузке транзисторного детектора (блок II) от эффективных значений Uс входного сигнала без модуляции. Подключив конденсатор С1, построить указанные зависимости для двух значений резисторов нагрузки R1 и R2. Изменяя Uс через интервал 2 мВ в пределах от 4 до 24 мВ, измерить значенияU‗ на «Вых. 1» с помощью милливольтметра постоянного тока. Результаты записать в таблицу и построить график U‗ = f(Uс).

3. Получить зависимость постоянной составляющей U‗ на нагрузке синхронного детектора (блок III) от эффективных значений Uс входного сигнала без модуляции. Изменяя Uс через 3 мВ в пределах от 3 до 24 мВ, измерить значения U‗ на «Вых. 1» с помощью милливольтметра постоянного тока. Результаты занести в таблицу и построить график U‗ = f(Uс).

4. Измерить частотную характеристику диодного детектора (блок I) в режиме сильных сигналов для трех значений конденсатора нагрузки: Cн = C1,

Cн = C2 и Cн = C1 + C2 при Rн = R1. Установив mАМ = 30 %, поддерживая неизменным Uс = 500 мВ и изменяя F = Ω2π в пределах от 20 Гц до 15 кГц, из-

мерить значение UΩ на «Вых. 2» лабораторной установки с помощью мил-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

ливольтметра переменного тока. Результаты занести в таблицу и построить

графики UΩ = f (F ).

5. Измерить частотную характеристику транзисторного детектора

(блок II). Установить Uс = 5 мВ и mАМ = 30 %; изменяя F в пределах от 20 Гцдо 20 кГц, измерить значения UΩ на «Вых. 2» для трех значений конденсатора

нагрузки Cн = C1, Cн = C2 и Cн = C1 + C2 при Rн = R1. Результаты занести в таблицу и построить графики UΩ = f (F ).

6. Измерить частотную характеристику синхронного детектора (блок III). Установить mАМ = 30 %; поддерживая неизменным Uс = 10 мВ и изменяя F = Ω2π в пределах от 20 Гц до 7 кГц, измерить значения UΩ на

«Вых. 2» лабораторной установки с помощью милливольтметра переменного тока. Результаты занести в таблицу и построить график UΩ = f (F ).

7. Определить коэффициент передачи kΩ =UΩ(mАМ Umc ) для трех

типов детекторов. Установить mАМ = 30 %, Rн = R1, Cн = C1, F = 1 кГц. Для диодного детектора (блок I) эффективные значения Uс изменять в пределах от 50 до 750 мВ, для транзисторного детектора (блок II) – в пределах от 8 до 22 мВ, для синхронного детектора (блок III) – в пределах от 4 до 20 мВ. Измерить значения UΩ на «Вых. 2» лабораторной установки с помощью мил-

ливольтметра переменного тока. Результаты занести в таблицу и построить графики kΩ = f (Uc ) для трех типов детекторов.

Расчетноезадание

Рассчитать коэффициент передачи и входное сопротивление последовательного диодного детектора в режиме детектирования сильных сигналов. Внутреннее сопротивление диода Д9А (Ri) равно 100 Ом, обратная проводимость – 0,025 мкСм, сопротивление нагрузки детектора принять по табл. 7.

Содержаниеотчета

Отчет о лабораторной работе должен содержать: 1. Наименование и цель работы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

2.Структурные схемы, краткое описание и принципы работы исследуемых амплитудных детекторов.

3.Результаты измерений для трех типов амплитудных детекторов.

3.1.Для диодного детектора – таблицы с результатами измерений и

экспериментальные характеристики зависимости постоянной составляющей U‗ от эффективных значений Uс входного сигнала без модуляции:

– для режима «слабых» сигналов при

Rн = R1 = 20 кОм; Rн = R2 = 10 кОм; Сн = С1 = 4 700 пФ;

– для режима «сильных» сигналов при

Rн = R1 = 20 кОм; Rн = R2 = 10 кОм; Сн = С1 = 4 700 пФ.

3.2. Для транзисторного детектора – таблицы с результатами измерений и экспериментальные характеристики зависимости постоянной составляющей U‗ от эффективных значений Uс входного сигнала без модуляции

При этом Rн = R1 = 20 кОм; Rн = R2 = 10 кОм; Сн = С1 = 4 700 пФ.

3.3. Для синхронного детектора – таблицы с результатами измерений и экспериментальные характеристики зависимости постоянной составляющей U‗ от эффективных значений Uс входного сигнала без модуляции. При

этом Сф = 4 700 пФ, Rф = 3 кОм, Ср= 1 мкФ.

3.4. Таблицы с результатами измерений частотной характеристики диодного детектора в режиме «сильных» сигналов при коэффициенте амплитудной модуляции, равном mАМ = 30 %, в условиях, когда амплитуда входного сигнала поддерживалась неизменной и равной Uc = 500 мВ. При этом частота модуляции изменялась пределах от 20 Гц до 15 кГц. Экспериментальные частотные характеристики:

– для полупроводникового диодного детектора при следующих значениях резистора и конденсатора нагрузки при

Rн = R1, Cн = C1, Cн = C2 и Cн = C1 + C2;

– для транзисторного детектора при

Rн = R1, Cн = C1, Cн = C2 и Cн = C1 + C2;

– для синхронного детектора.

3.5. Таблицы с результатами измерений и экспериментальные характеристики коэффициента передачи kΩ =UΩ(mÀÌ Umc ) при коэффициенте

модуляции mАМ = 30 %, Rн = R1, Cн = C1 и F = 1 кГц. 4. Анализ полученных результатов.

4.1.Объяснение характера зависимостей U‗ = f(Uс).

4.2.Анализ частотных свойств детекторов.

4.3.Сравнение коэффициентов передачи различных типов детекторов.

Контрольныевопросыизадания

1.Каково назначение амплитудного детектора в устройствах приема и обработки сигналов?

2.Назвать основные характеристики амплитудных детекторов.

3.Каково назначение элементов схемы диодного детектора?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРОВ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

4.Охарактеризовать методы анализа работы амплитудного детектора.

5.Чем отличается детектирование в режиме «слабых» и «сильных» сигналов?

6.Чем определяется выбор параметров элементов нагрузки диодного детектора?

7.Как уменьшить нелинейные искажения в диодном детекторе?

8.Перечислить основные преимущества транзисторных детекторов.

9.На каком принципе основано действие синхронных детекторов?

10.Указать основные достоинства и недостатки синхронного детекти-

рования.

11.Какие искажения может претерпевать сигнал при детектировании?

12.Как выбрать величину сопротивления и емкости нагрузкидетектора?

13.Построить и объяснить график зависимости спектральной плотности мощности процесса на выходе линейного амплитудного детектора от частоты, когда на входе действует только белый шум.

14.Построить и объяснить график зависимости спектральной плотности мощности процесса на выходе линейного амплитудного детектора от частоты, когда на входе действует белый шум и немодулированный сигнал.