НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ И УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ И УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ



 

1. Цель работы

 

Исследование нелинейных (резистивного и резонансного) усилителей и умножителя частоты. Снятие колебательных характеристик нелинейного элемента –   транзистора при различных смещениях, определение коэффициента усиления в режиме удвоения частоты.

                  

                                                          

Рис. 9.1

 

2. Основные теоретические положения

 

Принципиальная схема нелинейного резонансного усилителя приведена на рис. 9.1. Режим работы нелинейного элемента в схеме усилителя показан на рис. 9.2. Пусть на входе усилителя действует напряжение

 

                                               ,                    (9.1)

 

где - мгновенное значение напряжения на базе транзистора;

    - напряжение смещения на базе транзистора;

    - амплитуда напряжения возбуждения;

    - угловая частота сигнала, подаваемого на базу транзистора;

     t - время.

При этом ток, протекающий в коллекторной цепи транзистора:

 

                                          ,                   (9.2)

где - мгновенное значение тока в коллекторной цепи транзистора;

    - постоянная составляющая тока;

    - амплитуда n-й гармоники тока;

    n - номер гармоники.

 

   Если резонансная частота wp контура равна частоте wо сигнала, то мгновенное значение напряжения на контуре

 

                                             ,            (9.3)

где - амплитуда первой гармоники тока в коллекторной цепи транзистора;

    - эквивалентное сопротивление контура при резонансе;

    - амплитуда напряжения на контуре.

        

                                                Рис. 9.2

 

Кусочно-линейная аппроксимация характеристики транзистора

 

                                                 (9.4)

 

(где S - крутизна аппроксимирующей линии; U0 - напряжение, соответствующее точке пересечения аппроксимирующей линии с осью напряжения) позволяет найти амплитуды гармонических составляющих тока как функции угла отсечки q:

 

                                           ,                                  (9.5)

 

где - амплитуда импульса коллекторного тока;

     - коэффициенты разложения косинусоидального импульса.

Угол отсечки находится из соотношения

 

                                             .                              (9.6)

 

Коэффициенты разложения  достигают наибольших значений при углах отсечки

                                                .                                (9.7)

Коэффициент усиления нелинейного резонансного усилителя по первой гармонике

                                             .                          (9.8)

Зависимость первой гармоники коллекторного тока Iкi  или напряжения на контуре Uкmax от амплитуды напряжения возбуждения Uбmax называется колебательной характеристикой.

Зависимость коэффициента усиления нелинейного резонансного усилителя по первой гармонике Кн1 от амплитуды напряжения возбуждения Uбmax называется амплитудной характеристикой усилителя.

Временная диаграмма коллекторного тока iк(t) в недонапряженном режиме имеет вид, показанный на рис. 9.2. В перенапряженном режиме будут наблюдаться провалы в импульсах коллекторного тока. Критический режим представляет собой предельный случай недонапряженного режима.

 

     3. Описание лабораторной установки

 

      Лабораторная установка позволяет выполнять лабораторные работы 9, 10, 11.

     В функциональном блоке расположены нелинейный усилитель, нагрузку и режим которого можно изменять, и последовательный диодный детектор. Все органы управления лабораторной установки выведены на переднюю панель, изображенную на рис. 9.3. Выбор исследуемой схемы осуществляется тумблером Т2.

 

 


      

                                               

                                                           Рис. 9.3

 

    При исследовании нелинейного усиления внешнее высокочастотное гармоническое напряжение от генератора высокой частоты (ГВЧ) подводится к гнездам Г1.

    Постоянное напряжение смещения на базе транзистора КТ315 нелинейного усилителя можно изменять потенциометром Uбо. Постоянное напряжение измеряется вольтметром базового устройства с верхним пределом шкалы 1 В. Характеристика транзистора iк=f(uб), снятая в этом режиме, приведена на рис. 9.4.       

Рис. 9.4

 

    С помощью тумблера Т1 (см. рис. 9.3) переключается нагрузка в коллекторной цепи транзистора: в положении 1 включается параллельный колебательный контур, в положении 2 - активное сопротивление R=1 кОм. Переключатель "Ск" дает возможность установить различные значения емкости контура. Гнезда Г4 и Г5 лабораторной установки используются для подключения вольтметра и электронного осциллографа, позволяющих измерять и наблюдать напряжения в различных точках схем. Необходимые для этого коммутации осуществляются с помощью переключателей "Вольтметр" и "Осциллограф".

                                    

  4. Методика выполнения работы

 

1. Исследовать резистивный нелинейный усилитель. Получить и зарисовать осциллограммы выходного напряжения при следующих условиях:

1)     q = 180°, Uбо=0,8 В;

2)         q = 120°, Uбо=0,8 В;

3)     q = 60°, Uбо=0,4 В.

Для этого:

а) переснять на кальку вольт-амперную характеристику iк(uб) (см. рис. 9.4) транзистора КТ315; выполнить кусочно-линейную аппроксимацию этой характеристики;

б) используя аппроксимированную характеристику транзистора, рассчитать амплитуды напряжения возбуждения Uбmax для трех условий, приведенных в п.1;

в) подготовить приборы и установку к работе, подключить ГВЧ к гнездам Г1 (см. рис. 9.3), Y-вход осциллографа - к гнездам Г5, милливольтметр - к гнездам Г4;

г) установить частоту fc1 сигнала на выходе ГВЧ, равную резонансной частоте fр контура. Для этого: поставить тумблер Т2 в положение 1, тумблер Т1 - в положение 2, переключатель "Вольтметр" - в положение Г1, переключатель "Осциллограф" - в положение А; установить по вольтметру блока питания Uбо=0,8 В; получить на гнездах Г1, изменяя выходное напряжение ГВЧ, Uбmax=0,2 В; добиться, изменяя частоту сигнала на выходе ГВЧ, максимального размера изображения на экране осциллографа (при этом частота fc1 сигнала на выходе ГВЧ равна резонансной частоте fр контура);

д) переключить тумблер Т1 в положение 2; установить соответствующие заданному углу отсечки q напряжение смещения Uбо и напряжение возбуждения Uбmax, рассчитанное в п. "б";

е) получить и зарисовать осциллограмму напряжения на выходе нелинейного резистивного усилителя.

2. Снять колебательную характеристику Uкmax =f(Uбmax) нелинейного резонансного усилителя при напряжениях смещения, равных 0,8, 0,6 и 0,4 В.

Для этого:

а) установить тумблер Т1 в положение 1, включив параллельный контур в нагрузочную цепь усилителя;

б) снять зависимость Uкmax=f(Uбmax) при заданных напряжениях смещения Uб0, изменяя напряжение возбуждения от 0 до 1 В. Напряжение на выходе ГВЧ измерять при переключателе "Вольтметр" в положении Г1, а напряжение на контуре Uк max - в положении А;

в) определить значение Uб max кр, соответствующее критическому режиму.

3. Рассчитать амплитудные характеристики  нелинейного резонансного усилителя, используя колебательные характеристики.

4. Исследовать резонансный нелинейный усилитель в режимах усиления и умножения частоты. Для этого:

а) установить Uб0=0,6 В и Uбmax=Uбmaxкр при fс1=fр;

б) зарисовать осциллограмму напряжения на выходе нелинейного резонансного усилителя; измерить Uкmax (переключатель "Вольтметр" в положении А), определить коэффициент усиления. При выполнении последующих пунктов длительность развертки осциллографа не изменять;

в) установить тумблер Т1 в положение 2, зарисовать осциллограмму напряжения на выходе нелинейного резистивного усилителя;

г) установить тумблер Т1 в положение 1; уменьшить частоту сигнала на выходе ГВЧ в 2 раза; добиться на экране осциллографа максимального размера изображения, изменяя в небольших пределах частоту сигнала от ГВЧ; зарисовать осциллограмму напряжения на выходе нелинейного резонансного усилителя (в режиме умножения частоты); измерить Uкmax (переключатель "Вольтметр" в положении А); определить коэффициент усиления умножителя частоты;

д) установить переключатель Т1 в положение 2; зарисовать осциллограмму напряжения на выходе нелинейного резистивного усилителя.

 

5. Содержание отчета

 

1. Результаты расчетов.

2. Принципиальная схема нелинейного резонансного усилителя.

3. Результаты экспериментальных исследований (осциллограммы, таблицы).

4. Графики колебательных и амплитудных характеристик.

5. Выводы и оценки результатов экспериментов.

     

  Литература: [1], с. 266 – 278;  [2], с. 283 - 296

Лабораторная работа 10

АМПЛИТУДНАЯ МОДУЛЯЦИЯ

1. Цель работы

 

   Исследование процессов при амплитудной модуляции и основных характеристик модулятора.

 

2. Основные теоретические положения

 

   Амплитудно-модулированный (АМ) сигнал получается при совместном воздействии высокочастотного (модулируемого) и низкочастотного (модулирующего) сигналов на нелинейную или параметрическую систему. Основная задача модулятора - обеспечить изменение модулируемого параметра высокочастотного сигнала в соответствии с законом изменения модулирующего напряжения.

   Для получения хороших энергетических показателей модулятор обычно строят на основе нелинейного резонансного усилителя. В работе исследуется модулятор, собранный на транзисторе (рис. 10.1). Режим работы нелинейного резонансного усилителя зависит от выбора рабочей точки транзистора Uб0 и амплитуд сигналов, подаваемых на модулятор (Umaxw, UmaxW). В исследуемом модуляторе модулирующий сигнал синусоидальной формы подается на базу транзистора и изменяет напряжение смещения на базе. Для оценки качества модулятора используются статические и динамические модуляционные характеристики.

 

                                          Рис. 10.1

 

    Статической модуляционной характеристикой называют зависимость первой гармоники коллекторного тока Iк1 транзистора (или напряжения на контуре Uкmax) от напряжения смещения на базе транзистора Uб0 при постоянной амплитуде высокочастотного сигнала на входе транзистора. Она снимается при отсутствии модулирующего напряжения.

   Динамической модуляционной характеристикой называют зависимость коэффициента модуляции напряжения на контуре m % от амплитуды модулирующего напряжения UmaxW.

   Модуляционные характеристики позволяют выбрать положение рабочей точки транзистора и диапазон изменения амплитуды модулирующего сигнала, при которой искажения огибающей АМ сигнала будут наименьшими.

 

3. Описание лабораторной установки

 

Исследование выполняют на макете, описанном в работе 9 (см. рис. 9.3).

В качестве исследуемой схемы используется нелинейный усилитель (тумблер Т2 - в положении 1). Высокочастотное напряжение от генератора высокой частоты (ГВЧ) подается на гнезда Г1, а низкочастотное модулирующее напряжение от генератора колебаний низкой частоты (ГНЧ) - на гнезда Г2. Напряжения на выходах ГНЧ и ГВЧ измеряются по вольтметру, подключаемому к макету. При этом надо учитывать, что вольтметр В3-38 показывает действующее значение напряжения Uд для сигнала синусоидальной формы, т. е. чтобы установить заданное амплитудное значение сигнала Umax на выходе ГВЧ или ГНЧ, надо рассчитать соответствующее ему действующее значение напряжения и установить его по вольтметру (для сигнала синусоидальной формы Umax=1,4Uд).

 

4. Методика выполнения работы

 

Работа выполняется в следующей последовательности:

1. Подключить ГВЧ к гнездам Г1, ГНЧ - к гнездам Г2, электронный вольтметр - к гнездам Г4, осциллограф - к гнездам Г5. Включить питание приборов и макета.

2. Исследовать зависимость режима работы усилителя от выбора рабочей точки. Для этого:

а) настроить генератор на частоту fc, равную резонансной частоте контура fр: по вольтметру блока питания установить Uб0=0,8 В; на выходе ГВЧ получить сигнал с амплитудой 0,1 В, напряжение контролировать по вольтметру, подключаемому к гнездам Г1 (положение Г1 переключателя "Вольтметр" на функциональном блоке); на макете тумблер Т1 поставить в положение 1; изменяя частоту сигнала ГВЧ, добиться максимальных показаний вольтметра, подключенного к контуру (положение А переключателя "Вольтметр" на функциональном блоке);

б) получить на выходе ГВЧ немодулированный сигнал с Umaxw=0,1 В, fc=fр; на выходе ГНЧ - сигнал с UmaxW=10 мВ, F=1 кГц. Установить на макете Uб0@0,55 - 0,65 В, соответствующее нелинейному участку характеристики транзистора (см. рис. 9.4). Зарисовать осциллограммы напряжений на гнездах Г1, Г2 и на нагрузке нелинейного усилителя, когда нагрузкой являются: контур и резистор (переключатель "Осциллограф" ставится в положения Г1, Г2 и А);

в) повторить п. "б", установив на макете напряжение Uб0@0,8 - 1,0 В, соответствующее линейному участку характеристики транзистора (см. рис. 9.4).

3. Снять статическую модуляционную характеристику Uкmax=f(Uб0) при действии на входе усилителя высокочастотного сигнала с fc=fр и амплитудами: а) Uбmax=Umaxw=0,7 В; б) Uбmax=Umaxw=0,4 В. На выходе ГНЧ установить UmaxW=0. Напряжение на выходе ГВЧ измерять при переключателе "Вольтметр" в положении Г1, на выходе ГНЧ - в положении Г2, а напряжение на контуре Uкmax - в положении А. Тумблер Т1 на макете должен находиться в положении 1. Напряжение смещения Uб0 изменять через 0,1 В.

4. Снять динамическую модуляционную характеристику m %=f(UW) при следующих значениях: а) Uбmax=Umaxw=0,7 В; б) Uбmax=Umaxw=0,4 В. Для этого:

а) на выходе ГВЧ получить сигнал с fc=fр и Uбmax=0,7 В (0,4 В);

б) на макете установить Uб0, соответствующее середине нарастающего линейного участка статической модуляционной характеристики, снятой при выполнении п.3; на выходе ГНЧ получить сигнал с F=1 кГц, амплитуду сигнала UmaxW изменять от нуля до значения, при котором на выходе модулятора будет получен сигнал с коэффициентом модуляции, близким к 100 %;

в) измерить напряжения на выходах ГВЧ и ГНЧ при положениях переключателя "Вольтметр" соответственно Г1 и Г2;

г) рассчитать коэффициент модуляции сигнала на выходе модулятора m% по формуле

 

                                         ,                                   (10.1)

 

где А и Б - соответственно наибольший и наименьший по вертикали размеры изображения АМ сигнала на экране осциллографа (переключатель "Осциллограф" в положении А).

 

 5. Содержание отчета

 

1. Принципиальная схема исследуемого модулятора.

2. Результаты экспериментальных исследований (осциллограммы, таблицы).

3. Графики статических и динамических модуляционных характеристик.

4. Выводы и оценки результатов экспериментов.

 

Литература: [1], с. 283 – 286; [2], с. 296-300

 

 

Лабораторная работа 11



Последнее изменение этой страницы: 2021-04-05; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.204.180.223 (0.022 с.)