Содержание отчета

1. Наименование и цель лабораторной работы.

2. Принципиальные схемы исследуемых автогенераторов с кварцевой стабилизацией частоты.

3. Таблицы и графики результатов исследования характеристик автогенератора с кварцевым резонатором в цепи обратной связи.

4. Таблицы и графики результатов исследования характеристик автогенератора с кварцевым резонатором в цепи «коллектор-база».

5. Таблицы и графики результатов исследования характеристик автогенератора с кварцевым резонатором в цепи «эмиттер-база».

6. Выводы по результатам работы.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой типовая конструкция кварцевого резонатора?

2. Чем обусловлено ограничение частотного диапазона возбуждения КР?

3. Что представляет собой кристалл кварца и каким образом в нем ориентированы кристаллографические оси?

4. В чем сущность прямого и обратного пьезоэлектрических эффектов?

5. На основании чего при построении и упрощении эквивалентной схемы КР можно пренебречь влиянием остальных контуров?

6. От чего зависит добротность кварцевого резонатора? Как она связана с параметрами эквивалентной схемы?

7. На рис. 23 указать частоты последовательного и параллельного резонансов в КР. Объяснить причины появления двух близких резонансов.

8. Каким образом осуществляется возбуждение АГ на механической гармонике КР?

9. Какими факторами определяется частота генерируемых колебаний? Как частота зависит от базовой схемы КС и способа включения КР в КС?

10. Для чего необходима компенсация емкости кварцедержателя в АГ? Привести соответствующие схемы и пояснить реализуемый в них механизм компенсации емкости.

11. Каковы причины выхода из строя (пробоя) кварцевых резонаторов?

12. Привести примеры фильтровых схем кварцевых АГ с включением КР в емкостные и индуктивные ветви колебательных контуров.

13. Перечислить другие типы эталонных высокодобротных резонаторов, применяемых наряду с кварцевыми резонаторами.

3.7. Исследование прямого метода формирования сигналов с частотной модуляцией (Лабораторная работа №7)

Цель работы: изучить основные свойства сигналов с угловой модуляцией; изучить принцип и методику прямой частотной модуляции в автогенераторе; исследовать модуляционные характеристики АГ с ЧМ.

Основные теоретические сведения

Рекомендуется предварительно ознакомиться с основными теоретическими сведениями к лабораторной работе №5 «Исследование одноконтурного автогенератора» (с. 52-63).

Угловая модуляция

Во многих случаях, например при угловой модуляции (УМ), полная фаза формируемого сигнала (t) должна изменяться по закону, определяемому модулирующим напряжением. Полная фаза и частота колебаний связаны друг с другом известными соотношениями:

и . (40)

Различают два вида угловой модуляции: частотную (ЧМ) и фазовую (ФМ). При ЧМ пропорциональным модулирующему сигналу u_МОД(t) является изменение частоты Δ(t)=k_ЧМu_МОД(t), а при ФМ – изменение полной фазы несущего колебания Δ(t)=k_ФМu_МОД(t), где k_ЧМ и k_ФМ – соответственно коэффициенты частотной и фазовой модуляции.

При использовании гармонического модулирующего сигнала u_МОД(t)=U_МОДcos(Ωt) выражения для сигналов с ЧМ и ФМ имеют вид

(41)

и

(42)

где U₀, ₀, ₀ – амплитуда, частота и начальная фаза несущего колебания. В качестве характеристик колебаний с ЧМ и ФМ вместо коэффициентов k_ЧМ и k_ФМ чаще используют девиацию частоты Δ и девиацию фазы , представляющие собой максимальное отклонение частоты и фазы колебаний от средних значений ₀ и ₀. Из выражений (41) и (42) следует, что при ЧМ

Δ =k_ЧМU_МОД, =k_ЧМU_МОД/ и Δ =,

а при ФМ

Δ =k_ФМU_МОД, =k_ФМU_МОД и Δ =.

Таким образом при обоих видах УМ девиация частоты и девиация фазы (индекс модуляции) пропорциональны модулирующему напряжению. Зависимость же этих параметров от частоты модулирующего сигнала различна: при ЧМ девиация частоты Δ не зависит от Ω, а индекс модуляции обратно пропорционален ей; при ФМ девиация частоты Δ прямо пропорциональна Ω, а индекс модуляции от Ω не зависит. Следовательно, рассматриваемые виды УМ могут быть преобразованы из одного в другой путем обработки модулирующего сигнала в блоке с частотно-зависимым коэффициентом передачи.

Колебание с УМ гармоническим сигналом может быть также представлено выражением

(43)

где J_n() – функция Бесселя 1-го рода n-го порядка от аргумента . Из выражения (43) следует, что спектр сигнала с УМ состоит из бесконечного числа составляющих, частоты которых отличаются на nΩ. Если индекс модуляции <<1, то J₀()≈1, J₁()≈0,5, а J_n()≈0 для всех п>1. Тогда, как следует из выражения (43), спектр колебания содержит всего три составляющие с частотами ₀, ₀- и ₀+ и от спектра АМ-сигнала отличается только фазой составляющей разностной частоты. Угловая модуляция с таким спектром носит название узкополосной, а мощности отдельных спектральных составляющих такие же, как и при АМ с глубиной модуляции т_АМ=.

В общем случае спектр сигнала с широкополосной УМ бесконечен, однако, на практике в полосу сигнала включают только спектральные компоненты, амплитуда которых составляет не менее 10-15% от амплитуды несущего колебания. При этом их число п≤, а занимаемую полосу частот П можно оценить выражением П=2n_max≤2_max=2Δ, где п – число учитываемых боковых составляющих, _max – максимальная частота в спектре модулирующего сигнала, а =Δ/_max.