Описание лабораторной установки

В сменном блоке расположены нелинейный транзисторный усилитель, нагрузку и режим которого можно изменять, и исследуемый в другой ла­бораторной работе последовательный диодный детектор.

Все элементы управления лабораторной установкой выведены на переднюю панель (рис. 5). Исследуемая схема (усилитель-модулятор или амплитудный детектор) выбирается тумблером Т2.

При анализе нелинейного усилителя гармоническое напряжение от генератора ГЗ-33 подводится к гнездам Г1. При исследовании модулятора внешнее высокочастотное гармоническое напряжение от генератора высокой частоты (Г4-18А) подво­дится к гнездам Г1, а напряжение низкочастотного генератора (ГЗ-33) - к гнездам Г2. Постоянное напряжение смещения на базе транзистора KT3I5 нелинейного усилителя (модулятора) можно изменять потенциометром U_б0. Постоянное напряжение измеряется вольтметром базового устройства с верхним пределом шкалы 2 В. В цепи эмиттера транзистора включено сопротивление 620 Ом. Характеристика транзисто­ра i_K(u_б), снятая в этом режиме, приведена на рис. 6.

С помощью тумблера Т1 переключается нагрузка в коллекторной це­пи транзистора: в положении 1 включается параллельный колебательный контур, в положении 2 - активное сопротивление R= 1 кОм. Переключатель С_k позволяет установить значение емкости контура, принятое при выполнении домашнего задания в соответствии с номером бригады.

Гнезда Г4 и Г5 лабораторной установки используются для подключения вольтметра и электронного осциллографа, позволяющих измерять и наблюдать напряжения в различных точках схемы. Необходимые для этого коммутации осуществляются с помощью переключателей "Вольтметр" и "Осциллограф".

Таблица 2

№ бриг.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Ck, пол. пер.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
СК, нФ	1,05	1,10	1,15	1,20	1,25	1,30	1,36	1,43	1,47	1,51
F, kГц	1,8	0,9	1	1,1	1,2	1,7	1,3	1,4	1,5	1,6
Для всех бригад Lk=0,59 мГн; Q=30; P=L2/Lk=0,3; Uбm=(0,4+0,02k) В

Домашнее задание

Исходные данные к домашнему заданию приводятся в табл. 2. 1. Изобразить электрическую схему установки в соответствии с рис. 5. Вычислить резонансную частоту f_Р, полосу пропускания контура 2f_0,7 и эквивалентное резонансное сопротивление контура при непол­ном включении р²R_эр.

2. Перерисовать вольт-амперную характеристику i_k=i_k(u_б) транзистора KT315 (рис. 6), выполнить кусочно-линейную аппроксимацию характеристики, определить напряжение отсечки U_бн и крутизну S .

Рис. 6. Вольт-амперная характеристика транзистора КТ315

3. Для заданной величины амплитуды входного сигнала U_бm рассчитать значения напряжения смещения U_б0, при которых угол отсечки коллекторного тока  = 60°, 90°, 120⁰, 180°. Изобразить форму i_k(t) для этих углов отсечки.

4. Рассчитать и построить на одном графике колебательные харак­теристики усилителя U_km=U_km(U_бm) для трех значений U_б0= 0,4; 0,6; 0,8 В. Значения U_бm брать в интервале от 0 до 1 В через 0,1 В. При расчетах необходимо учитывать, что если (U_бн-U_б0)/U_бm1, то транзистор либо закрыт, либо работает в линейном режиме.

5. По построенным колебательным характеристикам определить ко­эффициенты усиления резонансного усилителя H₀ для трех значений U_б0= 0,4; 0,6; 0,8 В и заданной амплитуды U_бm.

6. Вычислить максимальное значение коэффициента усиления резо­нансного усилителя, работающего в режиме утроения частоты. Для задан­ной амплитуды U_бm определить напряжение смещения U_б0, обеспечиваю­щее максимальное усиление утроителя частоты.

7. Рассчитать и построить статическую модуляционную характеристику нелинейного резонансного усилителя с модуляцией смещением U_km=U_km(U_б0) для заданного значения U_бm. При расчетах удобно сначала задаваться углом отсечки  через 20° в интервале от 0 до 180°, а за­тем вычислять U_б0 и U_km.

8. Выбрать рабочую точку на линейном участке статической моду­ляционной характеристики, определить U_б0 и амплитуду низкочастотного напряжения U_М для получения глубины модуляции по току М_i =50 %.

9. Вычислить коэффициент глубины модуляции напряжения на выходе усили­теля М_u при модуляции с заданной частотой F. Объяснить причину отличия результата от M_i.

10. Вычислить амплитуду несущего колебания U_km на выходе усилителя при отсутствии модуляции.

11. Изобразить форму АMK на выходе усилителя с модуляцией сме­щением и параметрами, определенными в пп.8, 9 домашнего задания.

Лабораторное задание

1. Исследовать резистивный нелинейный усилитель.

1.1. Подготовить приборы и установку к работе. Собрать схему исследования. Подключить генератор ГЗ-33 к гнездам Г1, осциллограф - к гнездам Г5, милливольтметр - к гнездам Г4. Переключатель С_k уста­новить в соответствии с номером бригады. Установить частоту колеба­ний генератора равной резонансной частоте контура. Установить тумблер Т2 в левое положение 1, тумблер T1- в верхнее положение 2, переключатель "Вольтметр"- в положение Г1, переключатель "Осциллограф"- в положение А.

1.2. Установить внутреннее сопротивление генератора ГЗ-33 рав­ным 600 Ом, включить внутреннюю нагрузку. В соответствии с п.3 домашнего задания установить на выходе генератора напряжение, соответ­ствующее заданному U_бэф=U_бm/ , а по вольтметру базового блока - на­пряжение смещения U_б0. Учесть, что верхний предел шкалы вольтметра базового блока равен 2 В.

1.3.Получить и зарисовать осциллограммы напряжения на коллекто­ре u_k(t) при резистивной нагрузке. Измерить угол отсечки в соответст­вии с методикой, представленной на рис. 1, при заданных значениях U_б0.

2. Исследовать резонансный нелинейный усилитель.

2.1. Снять колебательные характеристики резонансного нелиней­ного усилителя, установив тумблер T1 в нижнее положение 1 (включается параллельный контур в нагрузочную цепь усилителя). Переключатель "Вольтметр" поставить в положение А. При U_б0=0,8 В и U_бэф=0,2 В подстроить частоту генератора, добиваясь максимума напряжения U_kэф на выходе резонансного усилителя. Снять зависимость U_kэф= U_kэф(U_бэф) для трех значений напряжения смещения на бaзe: а) U_б0= 0,4 В; б) U_б0=0,6 В; в) U_б0 = 0,8 В, изменяя переменное эффективное напряжение U_бэф на выходе генератора Г3-33: 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1 B.

2.2. Рассчитать и построить по полученным колебательным характеристикам амплитудные характеристики резонансного усилителя Н₀=Н₀(U_бэф).

3. Исследовать нелинейный резонансный усилитель в режиме умножения частоты.

3.1. Установить частоту колебаний генератора равной f = f_P/3, напряжение смещения на базе U_б0= 0,4 В, эффективное значение напря­жения на базе U_бэф=U_бm/ в соответствии с таблицей задания, на­строиться в резонанс. Изменяя напряжение смещения, добиться максиму­ма U_kэф. Зарисовать в одном масштабе осциллограммы выходного и входного напряжений.

3.2. Включить резистивную нагрузку тумблером T1 и зарисовать напряжение на выходе.

4. Исследовать резонансный нелинейный усилитель с модуляцией смещением.

4.1. Подключить генератор высокочастотных колебаний к гнездам Г1, генератор низкочастотных колебаний - к гнездам Г2, вход осциллографа Y- к гнездам Г5, внешний вольтметр - к гнездам Г4, поставить тумблер T1 в положение "1". Установить напряжение смещения U_б0=0,8 В, низкочастотное напряжение U_m=0, высокочастотное на­пряжение U_бэф в соответствии с таблицей задания с помощью внешнего вольтметра, поставив переключатель "Вольтметр" в положение Г1.

4.2. Настроить схему в резонанс, для чего переключателями "Вольтметр" и "Осциллограф" подключить вольтметр и осциллограф к контуру (т. А) и, изменяя частоту высокочастотного генератора, добиваться максимального значения показания приборов.

4.3. Снять статическую модуляционную характеристику схемы U_kэф = U_kэф(U_б0), изменяя U_б0 от минимального значения до 1,3 В. По­строить график зависимости U_kэф = U_kэф(U_б0).

5. Получить АМ-колебание для рассчитанных в домашнем задании значений U_бm и U_m.

5.1. Установить смещение на базе U_б0, соответствующее середине линейного участка экспериментальной статической модуляционной харак­теристики, частоту модулирующего (низкочастотного) сигнала F в соот­ветствии с таблицей задания. С помощью внешнего вольтметра, поставив переключатель "Вольтметр" в положение Г2, установить величину модулирующего напряжения согласно расчетам, выполненным в п. 8 домашнего за­дания.

5.2. Зарисовать осциллограмму АМ-колебаний, определить коэффициент глубины модуляции и сравнить с требуемым.

6. Зарисовать осциллограммы выходного напряжения и коллекторно­го тока при напряжениях смещения, соответствующих началу, середине и концу линейного участка экспериментальной статической модуляцион­ной характеристики. Для наблюдения осциллограмм коллекторного тока контур заменяется сопротивлением R=1 кОм с помощью тумблера T1.

Содержание отчета

1. Принципиальная схема нелинейного резонансного усилителя.

2. Результаты выполнения домашнего задания.

3. Осциллограммы и графики, полученные при выполнении лабораторного задания.

4. Краткие выводы, сравнение теоретических и экспериментальных результатов, анализ причин возможных расхождений.

Контрольные вопросы

1. Как зависит угол отсечки коллекторного тока от напряжения смещения и амплитуды входного напряжения?

2. Чем объясняют­ся отличия временных диаграмм коллекторного тока и напря­жения на контуре нелинейного резонансного усилителя?

3. Как рассчитать амплитуды первой, второй и третьей гармоник коллекторного тока?

4. От чего зависит КПД нелинейного резонансного усилителя?

5. Как определяется коэффициент усиления нелинейного резонансного усилителя?

6. Как изменяется колебательная характеристика при изменении: а) U_б0; б) R_эр?

7. Чем отличаются временные диаграммы коллекторного тока и на­пряжений на базе и коллекторе в схемах удвоителя и утроителя часто­ты?

8. Как следует выбирать угол отсечки коллекторного тока в умно­жителях частоты при работе: а) с постоянной величиной импульса кол­лекторного тока; б) с постоянной амплитудой на входе?

9. Как получаются амплитудно-модулированные колебания при модуляции смещением?

10. Что такое статическая модуляционная характеристика? Каково ее назначение?

11. Как выбирается рабочий режим модулятора? Почему режим ра­боты транзистора модулятора должен быть нелинейным?

12. Можно ли при модуляции смещением получить М=100 % без искажения огибающей АМ-колебаний?

13. Как влияет на выходное напряжение модулятора изменение на­пряжения смещения?

14. Как выбирается полоса пропускания контура модулятора?

15. Как влияет на статическую модуляционную характеристику нагрузка модулятора?

16. Как влияет на выходное напряжение модулятора изменение частоты модуляции?

Библиографический список

1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. С. 74-81, 231-235, 255-257.

2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. школа, 1988. С. 103-114, 332-342.

Содержание

Правила техники безопасности при выполнении

лабораторных работ ………………………………………………………...1

Порядок выполнения и оформления работ ……………………...2

Лабораторная работа № 1. Изучение лабораторной установки и основных измерительных приборов ……………………………………....3

Лабораторная работа № 2. Спектральный анализ периодического колебания………………………………………………..12

Лабораторная работа № 3. Прохождение радиосигналов через резонансный усилитель …………………………………………………...20

Лабораторная работа № 4. Преобразование гармонических сигналов в нелинейном усилителе …………………………….................33