6.2. Описание лабораторного стенда
Лабораторная работа «Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты» выполняется с помощью функционального модуля «Нелинейные цепи» многофункционального лабораторного стенда. Cхема лабораторного макета представлена на рис. 6.9.
Рис. 6.9. Схема лабораторного макета
В
состав функционального модуля входят:
сумматор, связанный колебательный
контур, активные и пассивные элементы.
Сумматор служит для получения суммы
колебания высокой частоты с необходимым
уровнем постоянной составляющей.
Переменный резистор используется для
получения необходимой постоянной
составляющей
напряжения на выходе сумматора.
Резонансную частоту одного из колебательных
контуров можно изменить при помощи
конденсатора переменной емкости. Цепь
электрической схемы устройства собирается
с помощью перемычек, соединяющих
соответствующие коммутационные гнезда.
6.3. Лабораторное задание
1. Подготовка к работе. Собрать схему усилителя (рис. 6.9). В качестве источника высокочастотного сигнала использовать внешний генератор высокой частоты (ГВЧ). На ГВЧ установить частоту сигнала 310 кГц и амплитуду 0,5 В. Наблюдая выходной сигнал на осциллографе, настроить контур на резонанс (изменять емкость конденсатора).
2. Исследование
амплитудно-частотной характеристики
резонансного усилителя. Для этого
необходимо плавно изменять частоту
сигнала на выходе ГВЧ и фиксировать
изменение амплитуды напряжения на
выходе усилителя. АЧХ снимается как в
сторону увеличения, так и в сторону
уменьшения частоты относительно
резонансной. По полученным данным
необходимо построить зависимость
.
По частотной характеристике определить
полосу пропускания и добротность
контура. Определить коэффициент усиления
усилителя.
3. Исследование
работы нелинейного резонансного
усилителя на резонансной частоте.
При двух значениях амплитуды входного
напряжения 0,05 В и 0,5 В построить зависимость
амплитуды выходного напряжения от
напряжения смещения
,
изменяемого в диапазоне от 0 до -2,5 В.
Результаты измерений свести в таблицу,
выполнив для каждой из кривых
по 8
10
измерений.
4.
Исследование
колебательных характеристик
усилителя
.
Для трех значений напряжения смещения
0;
-1; -2 В снять колебательные характеристики
усилителя, изменяя амплитуду входных
колебаний
от 50 мВ до 0,5
В. Результаты измерений свести в таблицу,
выполнив для каждой из трех кривых
по 8
10
измерений.
5. Исследование нелинейного резонансного усилителя в режиме удвоения частоты. Плавно регулируя частоту генератора в диапазоне 140-170 кГц получить на выходе схемы сигнал с максимальной амплитудой. Зарисовать полученную осциллограмму. Для трех напряжений смещения 0; -1; -2 снять зависимость амплитуды выходного напряжения от напряжения смещения и зарисовать осциллограммы.
6.4. Контрольные вопросы
1. Поясните принцип действия схемы нелинейного резонансного усилителя.
2. Как зависит угол отсечки коллекторного тока от напряжения смещения и амплитуды возбуждения?
3. Изобразите временные диаграммы коллекторного тока и напряжения на контуре в недонапряженном и перенапряженном режимах нелинейного резонансного усилителя. Чем объясняются имеющиеся отличия?
4. Как определить амплитуды первой, второй и третьей гармоник коллекторного тока, если известны амплитуда импульса коллекторного тока и крутизна аппроксимирующей прямой при кусочно-линейной аппроксимации?
5. Как определяется напряженность режима нелинейного резонансного усилителя?
6. Как изменяется колебательная характеристика усилителя при изменениях напряжений питания и смещения, а также при изменениях эквивалентного сопротивления коллекторного контура?
7. Какие особенности имеют осциллограммы коллекторного тока и напряжения на коллекторном контуре в режиме удвоения и утроения частоты?
8. Как зависит режим работы нелинейного резонансного усилителя от напряжения питания схемы?
9. Какие особенности имеет выбор режима работы нелинейного усилителя при удвоении и утроении частоты входного сигнала?
10. Как объяснить, что при одинаковом угле отсечки в режиме умножения КПД усилителя меньше, чем в режиме усиления?
11. Почему обычно не применяются умножителя с кратностью умножения больше трех?
12. Каковы энергетические преимущества режимов работы с отсечкой коллекторного тока?
13. Какие требования предъявляются к контурным элементам мощных нелинейных резонансных усилителей?
14. Каким образом осуществляется согласование мощного колебательного контура с нагрузкой? Нарисуйте две возможные схемы согласования контура с низкоомной нагрузкой.
15. По полученным экспериментальным данным постройте зависимость КПД нелинейного усилителя от угла отсечки при коэффициенте использования напряжения, имеющим постоянное значение равное 0,9.
16. От каких параметров элементов схемы зависит значение коэффициента усиления в схема нелинейного усилителя и умножителя?