Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
УГиФС_Практикум.rtf
Скачиваний:
157
Добавлен:
11.03.2016
Размер:
12.55 Mб
Скачать

Содержание отчета

    1. Наименование и цель лабораторной работы.

    2. Принципиальная схема исследуемого транзисторного УМ.

    3. Эквивалентная схема усилителя мощности по переменному току.

    4. Таблицы и графики результатов исследования нагрузочных характеристик.

    5. Таблицы и графики результатов исследования настроечных характеристик. Осциллограммы импульсов эмиттерного тока.

    6. Выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

        1. Каковы функции цепей согласования в ГВВ? Какие требования предъявляются к ЦС?

        2. Классифицировать НКС по следующим критериям: избирательность (широкополосность), связь сопротивлений нагрузки и потребителя, базовая структура, сложность. Сопоставить между собой НКС различных классов.

        3. Каковы отличительные особенности резонансных ГВВ? Какими свойствами они обладают? Чему равно входное сопротивление резонансной НКС?

        4. В чем состоит основное отличие сложной НКС от простой (одноконтурной)?

        5. Чем отличаются межкаскадные цепи согласования и нагрузочные колебательные системы оконечных каскадов?

        6. Каким образом осуществляется настройка сложной НКС?

        7. С какой целью в ГВВ используются ЦС c ослабленной связью с АЭ и внешней нагрузкой (сопротивлением потребителя)? Каковы критерии выбора коэффициентов связи?

        8. Каковы отличительные особенности фильтровых НКС? Какими свойствами они обладают?

        9. Доказать, что одиночные звенья фильтровых ЦС имеют инвертирующий характер.

        10. Как характер фильтровой ЦС (инвертирующая или трансформирующая) зависит от количества звеньев в ней? Показать на примерах.

3.3. Исследование базовой амплитудной модуляции(Лабораторная работа №3)

Цель работы: изучить принципы амплитудной модуляции; изучить принципы построения и функционирования схемы базовой модуляции; исследовать модуляционные характеристики схемы базовой АМ.

Основные теоретические сведения Амплитудная модуляция

Передача информации связана с соответствующим изменением какого-либо параметра электромагнитного колебания (амплитуды, фазы, частоты, поляризации и т. д.). Амплитудная модуляция (АМ) - один из простейших способов управления колебаниями, при котором по закону изменения модулирующего сигнала изменяется амплитуда высокочастотных (ВЧ) колебаний. При этом каскад, в котором осуществляется модуляция, называется модулируемым, а источник модулирующего сигнала называется модулятором.

Реальные модулирующие сигналы являются случайными процессами, спектральная плотность которых S(Ω), как правило, сосредоточена в ограниченной полосе частот от Ωmin до Ωmaх. Однако при настройке и испытаниях радиоэлектронных устройств используется так называемая тональная модуляция, т.е. модуляция гармоническим сигналом одной частоты Ω=2πF. В этом случае выражение для тока с АМ имеет вид

iАМ(t)=(IМОЛ+IМОДсоs(Ωt))соs(ωt)=IМОЛ(1+mсоs(Ωt))соs(ωt), (16)

где IМОЛ – амплитуда тока в режиме молчания, т.е. при отсутствии модуляции; IМОД – максимальная девиация огибающей ВЧ-колебания; m=IМОД/IМОЛ – коэффициент (глубина) АМ; ω=2πƒ – угловая частота несущего ВЧ-колебания.

Временная диаграмма колебания с тональной АМ и его спектр представлены на рис. 11. Спектр АМ-колебания, описываемого выражением (16), можно представить суммой трех составляющих вида

iАМ(t)=IМОЛсоs(ωt)+mIМОЛcos((ω+Ω)t)/2+mIМОЛcos((ω-Ω)t)/2. (17)

При АМ различают режим молчания (несущей частоты), максимальный (пиковый) и минимальный режимы. Для случая транзисторного модулируемого каскада, нагруженного колебательным контуром, выражения для амплитуды первой гармоники коллекторного тока и мощности, отдаваемой в контур, в максимальном и минимальном режимах имеют вид

IК1max=IК1МОЛ(1+m); P1max=P1МОЛ(1+m)2;

IК1min=IК1МОЛ(1-m); P1min=P1МОЛ(1-m)2,

где IК1МОЛ – амплитуда первой гармоники тока в режиме молчания; Р1МОЛ=IК1МОЛ2RЭК/2 – полезная мощность, отдаваемая в контур в режиме молчания; RЭК – эквивалентное сопротивление контура при резонансе.

Рис. 11. Сигнал с тональной амплитудной модуляцией:а) временная диаграмма; б) амплитудный спектр

Среднее значение мощности АМ-колебания, определяемое путем усреднения за период модулирующей частоты, в соответствии с (17) равно сумме мощностей колебаний несущей частоты P1МОЛ и двух боковых частот (полос) P1ВБП и P1НБП

P1СР=P1МОЛ+P1ВБП+P1НБП=P1МОЛ(1+0,5m2). (18)

Из выражения (18) видно, что суммарная мощность колебаний боковых полос, определяемая выражением

P1БП=P1МОЛm2/2 (19)

и примерно равная (0,05…0,1)P1МОЛ при m≤0,3...0,4, мала по сравнению с мощностью несущего колебания, хотя именно в них содержится информация о передаваемом сигнале. Несмотря на это, используемый в модулируемом каскаде транзистор должен обеспечивать мощность Р1mаx. Выражения (18) и (19) показывают, что номинальная мощность транзисторов при АМ используется малоэффективно.

С целью повышения среднего уровня глубины модуляции, а значит, и повышения мощности боковых полос и КПД в связных передатчиках применяют клипирование. Оно состоит в срезании пиков модулирующего звукового сигнала в тракте модулятора и автоматическом изменении напряжения питания ЕП и подводимой к модулируемому генератору мощности P0=EПIК0 по закону огибающей передаваемого сигнала. Еще более существенное повышение энергетических показателей АМ-передатчиков и всей линии связи достигается при использовании однополосной модуляции, в этом случае колебание одной из боковых полос подавлено полностью, а колебание несущей частоты либо подавлено, либо ослаблено в зависимости от рода работы.

Как известно, в ГВВ амплитуда тока IК1 зависит от следующих факторов: напряжение питания ЕП, напряжение смещения ЕСМ, амплитуда напряжения возбуждения UВХ, сопротивление нагрузки АЭ RН. Поэтому АМ можно осуществить, изменяя напряжения на электродах АЭ или параметры нагрузки RН. Следует отметить, что изменение UВХ фактически уже предполагает наличие на входе ГВВ сигнала с АМ. Поэтому данный фактор рассматривается только как дополнительный при многокаскадной комбинированной АМ. Чаще всего модулируемыми факторами являются ЕП или ЕСМ. В зависимости от электрода, на который подается модулирующее напряжение, в транзисторных генераторах различают следующие способы осуществления АМ: модуляцию смещением на управляющем электроде транзистора (сеточную и базовую модуляцию) и модуляцию напряжением питания на выходном электроде (анодную и коллекторную модуляцию).

При идеальной АМ форма огибающей модулированного сигнала повторяет форму модулирующего сигнала. В реальных условиях отличие этих форм связано с нелинейными и частотными (линейными) искажениями. Качество модуляции оценивается на основе статических и динамических модуляционных характеристик.

Статическая модуляционная характеристика (СМХ) – зависимость амплитуды первой гармоники выходного тока IВЫХ1, контурного тока IКОНТ или амплитуды напряжения на нагрузке UН от величины модулирующего фактора, т. е. ЕП или ЕСМ. При снятии СМХ фактор модуляции изменяется настолько медленно, что искажения, присущие только динамическому режиму модуляции, отсутствуют. СМХ позволяет определить границы линейной модуляции, тем самым определить точку, соответствующую режиму несущей частоты, и оценить нелинейные искажения, возникающие в процессе модуляции.

Амплитудная динамическая модуляционная характеристика (АДМХ) представляет собой зависимость коэффициента модуляции от амплитуды модулирующего напряжения m=ƒ(UМОД), примерный вид которой представлен на рис. 12. АДМХ может быть получена из СМХ при отсутствии частотных искажений. Обычно она снимается при частоте модулирующего сигнала F=400 или 1000 Гц и дает возможность определить допустимый динамический диапазон модулирующего напряжения, которому соответствует линейный участок АДМХ, на рис. 12 ограниченный напряжениями UМОДmin и UМОДmax.

Рис. 12. Амплитудная динамическая модуляционная характеристика

При малых значениях напряжения модуляции UМОД<UМОДmin глубина модуляции может оказаться слишком малой по сравнению с паразитным действием помех и фонового шума. При больших значениях напряжения модуляции UМОД>UМОДmax за счет нелинейностей в базовой СМХ появляется аналогичная нелинейность в виде «загиба» и в АДМХ. АДМХ снимается, как правило, отдельно для отрицательных m и положительных m+ коэффициентов АМ, которые соответствуют отрицательному и положительному полупериодам огибающей радиосигнала. Совпадение этих частных характеристик свидетельствует о правильном выборе режима несущей частоты, соответствующего середине линейного участка.

Частотные искажения оцениваются частотной динамической и фазочастотной модуляционными характеристиками (ЧДМХ и ФМХ). ЧДМХ модулируемого или усилительного каскада – это зависимость коэффициента модуляции АМ-колебаний в нагрузке от модулирующей частоты m=f(F) при постоянном уровне напряжения Uмод на выходе модулятора. Она снимается, как правило, при двух значениях напряжения UМОД, соответствующих коэффициентам модуляции 50 и 90% на средних частотах модулирующего сигнала. Идеальная ЧДМХ является равномерной во всем диапазоне модулирующих частот. На практике допускается неравномерность не более 3 дБ.

Одной из причин частотных искажений является неравномерность частотной характеристики сопротивления НКС модулируемого генератора в полосе частот, занимаемой сигналом, явно выраженная, например, на рис. 10. При этом глубина модуляции напряжения на нагрузке оказывается меньше глубины модуляции коллекторного тока, так как коэффициенты передачи согласующей цепи для спектральных составляющих боковых полос и несущей частоты различны. Неидеальный характер АЧХ НКС приводит в свою очередь к спаду ЧДМХ в верхней области модулирующих частот. Однако в случае многоконтурной НКС можно получить некоторый подъем ЧДМХ в области верхних частот модуляции. Отмеченные частотные искажения становятся заметными в передатчиках длинных и средних волн, а также в диапазоне метровых волн при широком спектре модулирующего сигнала.

Другая причина частотных искажений связана с влиянием блокировочных и разделительных реактивных элементов, шунтирующих выход модулятора, а также блокировочных элементов в цепях питания и смещения модулируемого АЭ. В частности, низкочастотный трансформатор связи может определять спад коэффициента модуляции ЧДМХ как на нижних частотах из-за ограниченности индуктивности намагничивания, так и на верхних частотах из-за влияния паразитных емкостей и индуктивностей рассеяния. Необходимо учитывать и влияние на ЧДМХ (в области нижних частот) сглаживающих фильтров источников питания и смещения и блокировочных элементов. В области верхних частот спад ЧДМХ часто связан с влиянием блокировочных элементов в цепи управляемого электрода, шунтирующих выход модулятора.