Как определить угол отсечки по осциллограмме

4.4. Подготовительное (домашнее) задание

4.4.1. Начертить исследуемую в работе схему нелинейного усилителя и указать назначение её элементов. Полагая, что режим работы усилителя недонапряжённый, нарисовать предполагаемую форму импульсов выходного напряжения при резистивной нагрузке для углов отсечки тока 180, 120, 90 и 60 ° . Изобразить предполагаемую форму напряжения на выходе усилителя применительно к резонансной нагрузке для тех же значений углов отсечки коллекторного тока. По заданному начальному напряжению проходной вольтамперной характеристики транзистора U Н = 0,6 В рассчитать искомые значения напряжения смещения U Б0 , при которых обеспечиваются углы отсечки выходного тока 180, 120, 90 и 60 ° , полагая, что ко входу усилителя приложено гармоническое напряжение амплитудой U Б = 0,4 В. Результаты расчёта внести в табл. 4.1. Полагая, что режим ра-

Таблица 4.1		боты усилителя является пе-
Угол от-	Смещение U Б0 , В		ренапряжённым, нагрузка –
сечки, °	расчёт	эксперим.	резистивной, а угол отсечки
180	тока равным 120 ° , изобра-
120	зить предполагаемую форму
90	импульсов напряжения на
60
	выходе усилителя.

4.4.2. По заданной крутизне S проходной характеристики транзистора, её начальному напряжению U Н = 0,6 В и сопротивлению нагрузки усилителя R KЭ (табл. 4.2) для трёх значений напряжения смещения U Б0 = 0,4, 0,6 и 0,8 В рассчитать и построить колебательные характеристики нелинейного резонансного усилителя (расчёт следует производить по формуле (20), полагая, что амплитуда входного напряжения U Б принимает значения из интервала 0…1,2 В). Результаты расчёта характеристики внести в табл. 4.3. Указать амплитуды входного напряжения, при которых возникает критический режим ( U Б КР ).

Таблица 4.2

Сменный	S ,	R KЭ ,	Поло-	Смен-	S ,	R KЭ ,	Положе-
блок	мА/В	кОм	жение	ный	мА/В	кОм	ние «С К »
			«С К »	блок
1	1,3	10,2	1	6	1,0	13,4	6
2	1,2	12,2	2	7	1,0	13,7	7
3	1,3	12,6	3	8	1,1	11,7	8
4	1,2	12,5	4	9	1,1	13,0	9
5	1,4	11,2	5	10	1,5	10,4	10

Таблица 4.3

U Б , В		0	0,05	0,10	0,20	···
U K , В	0,4 В
при
	0,6	В
U Б0 = .
	0,8	В

4.4.3. Используя результаты расчётов по п. 4.4.2 построить графические зависимости коэффициента усиления усили- теля от амплитуды напряжения на базе K ( U Б ) = U К / U Б для трёх значений напряжения смещения 0,4, 0,6 и 0,8 В. Амплитуды входного колебания, при которых обеспечиваются наибольшие значения коэффициента усиления, зафиксировать. Указать соответствующие им значения коэффициента усиления. 4.4.4. Полагая, что контур в составе нелинейного усилителя настроен на частоту второй третьей гармоники выходного тока (режим удвоения утроения частоты), рассчитать на- пряжение смещения, которое при начальном напряжении U Н = 0,6 В и амплитуде напряжения на входе U Б = 0,4 0,8 В, обеспечивает оптимальный по коэффициенту передачи второйтретьей гармоники угол отсечки.

Для недонапряжённого режима работы удвоителя утроителя по заданной крутизне S и сопротивлению нагрузки R KЭ (табл. 4.2) найти его максимальный коэффициент передачи.

4.5. Лабораторные задания

и методические указания по их выполнению 4.5.1. Исследование формы импульсов выходного напряжения при резистивной и резонансной нагрузках Включить и прогреть измерительные приборы: генератор (АНР-1001), вольтметр (АВМ-1071), осциллограф (АСК-1021). Подготовить сменный блок к работе: тумблер «Т 2 » переключить в левое положение, тумблер «Т 1 » − в нижнее положение «Контур»; переключатель «Вольтметр» перевести в положение «Г 1 », переключатель «Осциллограф» – в положение «А», переключатель «Cк» − в положение, соответствующее табл. 4.2. Подготовить генератор: частоту гармонических колебаний установить равной 150 кГц, амплитуду колебаний уменьшить до нуля; подключить генератор к клеммам Г 1 базового блока. Подготовить к работе осциллограф и подключить его (вместе с параллельно соединённым вольтметром) к клеммам Г 4 . Включить питание базового блока. Ручкой «Смещение U Б0 » установить по индикатору базового блока напряжение смещения на базе равным U Б0 = 0,8 В. Увеличить напряжение на входе усилителя до 50 мВ, фиксируя его уровень по вольтметру, подключенному к клеммам Г 4 . Переключить вольтметр с осциллографом к выходу усилителя (клеммам Г 5 ). Увеличивая частоту колебаний генератора от 150 до 200 кГц, подобрать такое её значение, чтобы амплитуда выходных колебаний, была максимальной, что соответствовало бы настройке в резонанс. Далее частоту генератора не менять. Переключить вольтметр ко входу усилителя (клеммам Г 4 ) и по его показаниям увеличить амплитуду входного напряжения до расчётной величины U Б = 0,4 В. Следует учесть, что шка-

ла вольтметра проградуирована в действующих значениях, то есть амплитуде 0,4 В должно соответствовать значение 283 мВ, отсчитываемое по шкале. Переключить вольтметр с осциллографом к выходу усилителя (клеммам Г 5 ), тумблером «Т 1 » включить резистивную нагрузку. Изменяя напряжение смещения на базе транзистора, установить по осциллограмме выходного напряжения (оно совпадает по форме с импульсами коллекторного тока) углы отсечки тока последовательно 180, 120, 90 и 60 ° (см. примечание). Зарисовать  импульсы напряжения для каждого угла отсечки.

Примечание : Пусть осцилло-
грамма выходного напряжения вы-		k
глядит	так, как показано на	q
рис. 4.9; тогда, установленное зна-
чение угла отсечки тока составляет
180 ° k / q ,	где k , q — число делений
шкалы экрана осциллографа, опре-		Рис. 4.9
деляющее длительность импульса

с отсечкой и период колебаний. Внести в табл. 4.1 найденные значения постоянного напряжения смещения, соответствующие этим углам отсечки, сравнить их с расчётными. Переключить тумблер «Т 1 » в положение «Контур». Устанавливая поочередно напряжение смещения, соответствующее углам отсечки 180, 120, 90 и 60 ° , зарисовать осциллограммы напряжения на контуре и указать его амплитуду. Сравнить форму импульсов коллекторного тока и напряжения на контуре. Тумблером «Т 1 » вновь включить резистивную нагрузку. Получить перенапряжённый режим работы усилителя. Для этого установить напряжение смещения 0,8 В, частоту усиливаемого напряжения — 1. 2 кГц. Постепенно увеличивая амплитуду усиливаемого напряжения, добиться провала в верхней  Допускается приводить в отчёте фотографии осциллограмм. Деления осей должны быть при этом оцифрованы.

(с учётом инверсии по фазе – нижней) части импульсов напряжения. Снять осциллограмму напряжения. 4.5.2. Исследование колебательных характеристик нелинейного резонансного усилителя Переключить тумблер «Т 1 » в положение «Контур». Установить напряжение смещения U Б0 = 0,4 В, частоту входных колебаний — равной резонансной частоте усилителя. Снять колебательную характеристику усилителя. Для этого увеличивать амплитуду U Б усиливаемого напряжения от 0 до 1,5 В с шагом не более 50-100 мВ и фиксировать соответствующие значения амплитуды U K выходного напряжения (на контуре). Установку уровня U Б входного напряжения и измерение амплитуды U K выходного напряжения следует производить с помощью вольтметра, подключая его попеременно к клеммам Г 4 (вход) и Г 5 (выход) соответственно. Учесть, что показания вольтметра соответствуют действующим значениям напряжения. Результаты измерений внести в таблицу, аналогичную табл. 4.3. Снять колебательные характеристики ещё для двух значений напряжения смещения U Б0 = 0,6 и 0,8 В. Результаты измерений внести в таблицу. Начертить экспериментальные колебательные характеристики отдельно, а также в одной системе координат с расчётными. Сделать выводы. По колебательным характеристикам оценить амплитуды входного напряжения U Б КР , при которых наступает критический режим. Сравнить с теоретическими результатами. Дать рекомендации по выбору номинального режима работы усилителя (предложить рациональные значения напряжения смещения, амплитуды усиливаемого напряжения). 4.5.3. Исследование зависимости коэффициента усиления от амплитуды входного напряжения Используя результаты эксперимента, полученные в предыдущем разделе, рассчитать зависимости коэффициента уси-

ления K усилителя от амплитуды U Б входного напряжения для трёх значений напряжения смещения (0,4, 0,6 и 0 ,8 В). Полученные зависимости начертить отдельно, а также нанести поверх расчётных. Дать физическое толкование полученным данным. Прокомментировать соответствие теории и эксперимента. Для трёх значений напряжения смещения определить наибольшие значения коэффициентов усиления, которые может обеспечить усилитель; амплитуды входного колебания, соответствующие этим значениям, зафиксировать. Полученные данные сравнить с теоретическими. 4.5.4. Исследование удвоителя частоты Переключить вольтметр ко входу усилителя (клеммам Г 4 ) и по его показаниям установить амплитуду входного напряжения 0,4 В (действующее значение – 283 мВ). Переключить вольтметр к выходу усилителя (клеммам Г 5 ). Установить напряжение смещение U Б0 = 0,6 В. Уменьшить частоту входного напряжения усилителя так, чтобы частота второй гармоники выходного тока совпала с резонансной частотой контура. Изменяя напряжение смещения на базе транзистора, добиться максимума амплитуды напряжения на выходе удвоителя частоты. Зафиксировать оптимальную величину смещения, измерить соответствующую амплитуду выходного напряжения. Зарисовать в одном временн о м масштабе осциллограммы входного и выходного напряжений удвоителя. По значениям амплитуд входного и выходного напряжений оценить коэффициент передачи удвоителя частоты. Экспериментальные данные сравнить с расчётными. Сделать выводы. Включить тумблером «Т 1 » резистивную нагрузку и зарисовать осциллограмму выходного напряжения удвоителя. Определить по осциллограмме угол отсечки тока, сравнить его величину с расчётной. Сделать вывод.

4.5.5. Исследование утроителя частоты Переключить тумблер «Т 1 » в положение «Контур». Установить амплитуду входного напряжения усилителя равной 0,8 В (действующее значение 566 мВ). Уменьшить частоту напряжения на входе так, чтобы частота третьей гармоники выходного тока совпала с резонансной частотой контура. Изменяя напряжение смещения, добиться максимума напряжения на выходе утроителя частоты. По значениям амплитуд входного и выходного напряжений определить величину коэффициента передачи утроителя частоты. Найденные значения оптимального напряжения смещения и коэффициента передачи утроителя зафиксировать и сравнить с расчётными. Зарисовать в одном временн о м масштабе осциллограммы входного и выходного напряжений утроителя частоты. Заменить резонансную нагрузку резистивной и вновь зарисовать осциллограмму выходного напряжения. По осциллограмме напряжения при резистивной нагрузке определить угол отсечки и сравнить его с расчётным значением. Сделать выводы. Контрольные вопросы к защите работы 1. В каких случаях реальную характеристику транзистора, отображающую зависимость коллекторного тока от напряжения между базой и эмиттером, целесообразно аппроксимировать кусочно-ломаной функцией? Какими параметрами при этом будет описываться ВАХ транзистора? 2. Что такое угол отсечки тока? Как меняется угол отсечки в нелинейном усилителе с изменением напряжения смещения? Амплитуды напряжения, подаваемого на вход усилителя? Одновременного изменения обоих напряжений? 3. Каким образом можно регулировать угол отсечки, сохраняя неизменной амплитуду усиливаемого напряжения? Пиковое значение импульсов коллекторного тока? Из каких сооб-

ражений выбирается угол отсечки в резонансном усилителе, работающем при больших уровнях входного сигнала? 4. Чем определяется выходное напряжение нелинейного резонансного усилителя? Как можно рассчитать амплитуду этого напряжения? Как она изменится, если увеличить напряжение смещения? Уменьшить амплитуду усиливаемого напряжения? Пояснения дайте с использованием понятия угла отсечки. 5. Изобразите временн ы е диаграммы коллекторного тока в недонапряжённом, критическом и перенапряжённом режимах нелинейного резонансного усилителя. Из каких соображений обеспечивается тот или иной режим работы усилителя? 6. Почему временн ы е диаграммы коллекторного тока и напряжения на контуре в нелинейном режиме существенно отличаются друг от друга? Изобразите качественно спектры выходного тока и напряжения на контуре. В чём их отличие? 7. Что такое колебательная характеристика нелинейного резонансного усилителя? В чём её практическое содержание? Как рассчитать и экспериментально снять эту характеристику? 8. Чем отличаются колебательные характеристики нелинейного резонансного усилителя, построенные для углов отсеч- ки Θ = 90 ° , Θ < 90 ° и Θ >90 ° ? Изобразите их качественно. 9. Изобразите колебательные характеристики нелинейного резонансного усилителя, соответствующие двум разным значениям: а ) напряжения смещения; б ) напряжения источника питания; в ) резонансного сопротивления контура. 10. Изобразите зависимости коэффициента усиления нелинейного усилителя от амплитуды усиливаемого напряжения U Б для разных значений напряжения смещения. Почему при неограниченном росте U Б коэффициент усиления падает до нуля? 11. Можно ли так выбрать положение рабочей точки на проходной ВАХ транзистора нелинейного усилителя, что в составе коллекторного тока будут отсутствовать гармоники нечётных номеров? чётных номеров? 12. Каковы энергетические преимущества нелинейного режима работы резонансного усилителя по сравнению с линей-

Лабораторное задание.

1. Собрать схему лабораторной работы, установить электрический режим умножителя и определить резонансную частоту колебательного контура.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза, и исследовать за­висимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

Методические указание.

1. Собрать схему лабораторной установки, установить электриче­ский режим умножителя и определить резонансную частоту колебательно­го контура.

1.1. Включить лабораторную установку и измерительные приборы.

1.2. Соединить выход генератора НЧ (незаземленная клемма) со вхо­дом 1 умножителя частоты.

1.3. Включить колебательный контур LC в качестве нагрузки тран­зистора, для этого нажать правую кнопку переключателя нагрузок.

1.4. Установить напряжение смещения Е_см, =2 В.

1.5. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой U=0,5В по измерительному прибору генератора НЧ с частотой f = 16 кГц.

1.6. Подключить вход Y₁ осциллографа к гнезду 1, а вход Y₂ к гнезду 5 умножителя частоты. Синхронизация осциллографа осуществляется в режиме » внутр. 1″.

1.7. Получить в верхней части экрана осциллографа осциллограмму входного колебания, а в нижней- выходного. Осциллограммы должны со­держать по 2-3 колебания (периода).

1.8. Вращая ручку установки частоты ГНЧ добиться наибольшей ам­плитуды выходного колебания. При точной настройке в резонанс сдвиг фаз между верхней и нижней осциллограммами равен нулю.

1.9. Записать значение резонансной частоты со шкалы установки ге­нератора.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

2.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф, и включить резистор R в качестве нагрузки транзистора на­жатием левой кнопки переключателя нагрузок транзистора.

2.2. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, равной резонансной частоте колебательного контура.

2.3. Изменяя напряжение от 0 до 3 В наблюдать изменение формы колебаний на выходе схемы. При напряжении смещения Е_см=1В выход­ное колебание близко по форме к гармоническому. При увеличении на­пряжения до 3В происходит ограничение (отсечка) колебания. Графики, поясняющие процесс ограничения, показаны на рис.4.2.

Рис. 4.2. Процесс ограничения.

Для определения угла отсечки  в градусах по осциллограмме вы­ходного колебания требуется измерить в клетках шкалы экрана осцилло­графа интервалы Т и . Угол отсечки определяется соотношением

(4.1)

2.4. Изменяя напряжение смещения выполнить 10-12 измерений угла отсечки. Диапазон изменений напряжения смещения определяется измене­нием угла отсечки от 180° до  ° (Е_см=1..3В, шаг выбирается равным 0,1. 0,2В). Данные измерений величин и Т занести в таблицу 4.1. Таблицу дополнить расчетом углов отсечки, выполненных по соотношению (4.1).

Е_см,В

Построить график зависимости угла отсечки от напряжения смещения.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза и исследовать за­висимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

3.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, в 2 раза меньше резонансной частоты колебательного контура LC.

3.2. Включить колебательный контур LC в качестве нагрузки транзи­стора и плавно уменьшая напряжение смещения от 5В, добиться макси­мального значения амплитуды исследуемой гармоники. Построить частоту генератора НЧ для более точной настройки в резонанс.

3.3. Зарисовать одну под другой осциллограммы колебаний на входе и выходе умножителя частоты. Записать напряжение смещения и величину амплитуды входного напряжения.

3.4. Подготовить таблицу для записи результатов измерений и расче­тов (табл.4.2).

Коэффициент умножения n=f_вых/f_вх=2

Е_см,В

U_n(B)

U_max(B)

3.5. Определить границы изменения напряжения смещения, между которыми происходит явление умножения частоты.

3.5.1. Перемещая ручку регулятора смещения вправо, определить и записать напряжение смещения- Е_макс, при котором амплитуда исследуе­мой гармоники становится равной нулю.

3.5.2. Плавно перемещая ручку регулятора смещения влево наблю­дать изменение амплитуды исследуемой гармоники и определить напря­жение смещения- Е_мин, при котором вновь амплитуда становится равной нулю.

Примечание: для второй гармоники величина Е_мин определяется по исчезновению колебания с наименьшей амплитудой. Обратите внимание на то, что при умножение частоты в 2 раза в осциллограмме наблюдается колебания с разной амплитудой.

3.6. Изменяя напряжение смещения от — Е_макс до Е_мин с шагом 0,1 . 0,2В определить и записать в таблицу амплитуду исследуемой гар­моники U_n и амплитуду импульсного напряжения. Величина U_n измеряет­ся в клетках экрана осциллографа по вертикали при использовании в каче­стве нагрузки транзистора колебательного контура LC, а величина U_max — при использовании резистора R. При каждом значении напряжения сме­щения необходимо измерять поочередно обе величины. Величины град  и _n определяются при составлении отчета.

Метод расчета коэффициента угла отсечки.

Коэффициент угла отсечки равен: _n= I_n/I_max , (4.2)

где I_max — максимальное значение тока, протекающего через нелинейный элемент (транзистор);

I_n — амплитуда “n” ой гармонической составляющей тока.

Вместо измерений значений I_max и I_n в лабораторной работе измеряются пропорциональные им значения напряжений U_max и U_n. При измерении U_max нагрузкой транзистора служит резистор R, паде­ние напряжения на котором

U_max = I_max R . (4.3)

При измерении амплитуды I_n “n” ой гармоники коллекторного тока используется колебательный контур. Гармоническая состав­ляющая тока, частота которой совпадает с резонансной частотой контура, создает на нем падение напряжения

U_n = I_n R_ое , (4.4)

где R_oe — активное сопротивление колебательного контура при резонансе.

С учётом выражений (2.3) и (2.4) коэффициент угла отсечки можно определить следующим образом:

. (4.5)

Численное значение коэффициента пропорциональности К может быть определено при обработке экспериментальных данных.

Коэффициент К в соотношении 2.5 может быть определен по экспе­риментальным данным пп. 3.2-3.6. В результате их выполнения становятся известны значения U_max и U_n в режиме работы без отсечки (=180°). Составляя их отношение и учитывая, что при (=180°), из соотношения (4.5) получим

К = U_max / U_n при =180° (4.6)

Значение угла отсечки определяется по графику, построенному по результатам таблицы 4.1.

1. Принципиальную схему исследуемого умножителя частоты.

2. Таблицу 2.1 измерений и график зависимости _n ( ).

3. Выводы о степени совпадения экспериментальных результатов определения зависимости _n( ) с теоретическими.

Определить угол отсечки

А)60
Б)90
В)120

Голосование за лучший ответ

Каждый третий период сигнал появляется.
360:3=.

АлександрПросветленный (25272) 2 года назад

Вообще-то каждый второй.

Ручной дракон Оракул (64309) ZZZZZZZ, глупости не городи

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях

Пособие содержит описание 8 лабораторных и учебно-исследо-вательских работ по преобразованию сигналов в нелинейных радио-технических цепях (нелинейное резонансное усиление, умножение частоты, модуляция, детектирование, генерирование). Для студентов радиотехнических специальностей факультета ра-диотехники и электроники и других факультетов, где теория радио-технических цепей и сигналов изучается как важнейшая составная часть соответствующих курсов.

• Основная коллекция ЭБС
• Новосибирский государственный технический университет

• ВО — Бакалавриат
• 11.03.01: Радиотехника
• ВО — Магистратура
• 11.04.01: Радиотехника

Баскей, В. Я. Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях / Баскей В.Я., Яковлев А.Н. — Новосибирск :НГТУ, 2010. — 56 с.: ISBN 978-5-7782-1408-8. — Текст : электронный. — URL: https://znanium.com/catalog/product/556584 (дата обращения: 16.03.2024). – Режим доступа: по подписке.

Скопировать запись

Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В.Я. БАСКЕЙ, А.Н. ЯКОВЛЕВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия НОВОСИБИРСК 2010

УДК 621.372 (075.8) Б 273 Инновационно-образовательная программа НГТУ «Высокие технологии» Рецензенты: д-р техн. наук, проф. С.П. Новицкий д-р техн. наук, проф. В.П. Разинкин Баскей В.Я. Б 273 Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях : учеб. пособие / В.Я. Баскей, А.Н. Яковлев; под ред. А.Н. Яковлева. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 56 с. ISBN 978-5-7782-1408-8 Пособие содержит описание 8 лабораторных и учебно-исследо вательских работ по преобразованию сигналов в нелинейных радиотехнических цепях (нелинейное резонансное усиление, умножение частоты, модуляция, детектирование, генерирование). Для студентов радиотехнических специальностей факультета ра диотехники и электроники и других факультетов, где теория радиотехнических цепей и сигналов изучается как важнейшая составная часть соответствующих курсов. УДК 621.372 (075.8) ISBN 978-5-7782-1408-8 © Баскей В.Я., Яковлев А.Н., 2010 © Новосибирский государственный технический университет, 2010

ПРЕДИСЛОВИЕ Настоящее учебное пособие содержит описание восьми работ по второй части курса «Радиотехнические цепи и сигналы» (поэтому нумерация идет как продолжение первой части). Оно может быть использовано также для изучения других дисциплин, таких как «Теория электрической связи», «Основы радиотехники», «Основы радиотехники и электроники», «Теоретические основы радиотехники», «Основы теории цепей и сигналов», и других, включающих в свою программу теорию нелинейных радиотехнических цепей и преобразование сигналов в этих цепях. По рабочей программе второй части курса «Радиотехнические цепи и сигналы» предусмотрено выполнение четырех работ. Именно поэтому первые четыре работы поставлены как лабораторные. Последующие – как учебно-исследовательские, они могут также использоваться как контрольные и практические задания, как составная часть курсовых работ и др. Кроме того, в пособии даны три приложения. Работы поставлены так, что позволяют преподавателю индивидуа лизировать как сами работы, так и задания, выдаваемые каждой бригаде или каждому студенту. При разработке заданий авторы исходили из необходимости прове дения студентами предварительных расчетов, а затем практической проверки результатов на стенде, сопоставительного анализа экспериментальных данных с расчетными. Работы выполнены с использованием программной среды «Multi sim-10» . Работы № 9–12 разработаны совместно, а работы № 13–16 – А.Н. Яковлевым. Авторы благодарят рецензентов профессоров С.П. Новицкого и В.П. Разинкина за сделанные критические замечания.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ Р а б о т а № 9 НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ. УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ 9.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Исследование нелинейного усиления колебаний и умножения час тоты колебаний в резонансном усилителе на полевом транзисторе; определение основных параметров и характеристик. 9.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ВИРТУАЛЬНГО УСТРОЙСТВА Лабораторная работа выполняется в среде «Multisim». Схема вир туального устройства – нелинейного преобразователя сигналов (НП-1) показана на рис. 9.1. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полевого транзистора приведена в приложении 2 на рис. П.2. Величины п , C R и ш R приведены в таблице заданий (для каждой бригады). В состав лабораторного виртуального стенда кроме преобразовате ля НП-1 входят следующие приборы: генератор амплитудно-модулированных сигналов G1; источник напряжения смещения (+2 В) с возможностью пошаго вого изменения напряжения 0 U с шагом 0,1 В (5 %) и DC-вольтметром на выходе; источник питания НЭ с напряжением п E = –12 В; АС-вольтметр на выходе;

Рис. 9.1 двухканальный осциллограф XSC1; измеритель АЧХ (Bode Plotter) XBP1, анализатор спектра XSA1. 9.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ Исходные параметры схемы приведены в таблице заданий (прило жение 3). 1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литера туре [1, с 106–114; 5, гл. 5 и 6; 2, с. 231–235; 4, с. 177–181]. 2. Рассчитайте резонансную частоту pf , характеристическое со противление , добротность Q , полосу пропускания 0.7 2 f и резо нансное сопротивление p Z контура усилителя без учета сопротивления шунта ш R . 3. Повторите расчет с учетом сопротивления шунта ш R . 4. Рассчитайте сопротивление нагрузки НЭ н Z (c учетом непол ного подключения контура ( 1 / p L L) в цепь транзистора).

5. Используя ВАХ транзистора, рассчитайте среднюю крутизну cp 1 / m S I U , коэффициент резонансного усиления ( p K ) и выходное напряжение усилителя ( вых U ). Режим работы НЭ ( 0 U и m U ) указан в таблице заданий. Амплитуду тока первой гармоники рекомендуется определять по формуле трех ординат 1 max min ( ) / 2 I i i . Результаты расчетов по пунктам 2–5 сведите в таблицу. pf , кГц , кОм Q 0.7 2 f , кГц p Z , кОм pэ Z , кОм э Q 0.7.э 2 f , кГц н Z , кОм cp S , мА/В p K вых U , В PS. Сохраните эти данные для последующей работы (№ 10). 6. Рассчитайте и постройте амплитудную (колебательную) ха рактеристику усилителя 1 max min ( ) [ ( ) ( )]/ 2 m m m I f U i U i U при 0 0.5 B U . 7. Определите угол отсечки для оптимальной работы удвоителя и соответствующее напряжение смещения 0 U . Амплитуду m U входного напряжения частоты p / 2 считать: а) фиксированной и равной 0.5 В; б) регулируемой и численно равной 0 U . Расчетные соотношения Резонансная частота pf , характеристическое сопротивление , доброт ность Q , полоса пропускания 0.7 2 f и резонансное сопротивление p Z кон тура усилителя без учета сопротивления шунта ш R : p 1 2 f LC , p p 1 L L C C , п Q R , 0.7 2 pf f Q , p Z Q . Эквивалентные резонансное сопротивление pэ Z , добротность э Q и поло са пропускания 0.7.э 2 f контура усилителя с учетом сопротивления шунта ш R :

p ш рэ p ш Z R Z Z R , рэ э Z Q , p 0.7.э 2 э f f Q . Сопротивление нагрузки НЭ н Z (c учетом неполного подключения кон тура ( 1 / p L L ) в цепь транзистора): 2 н рэ Z p Z , где 1 1 2 L p L L . Амплитуда тока первой гармоники 1I , средняя крутизна cp S , коэффици ент резонансного усиления p K и амплитуда выходного напряжения усилите ля вых U : max min 1 2 i i I (по методу трех ординат), max min 1 cp 2 m m i i I S U U , cp н вых 1 2 p cp н 1 m S Z U L L K S Z U L p , вых p m U K U . Угол отсечки проходного тока транзистора: 0 н arccos[( ) / ] m U U U , где н U – напряжение отсечки ВАХ транзистора при аппроксимации ее кусоч но-линейной зависимостью. Оптимальный угол отсечки умножителя частоты: o opt.γ 180 / n , 2,3,4. n – для случая, когда амплитуда входного сигнала постоянна ( const m U ), а максимальное значение тока n -й гармоники обеспечивается выбором соответствующего напряжения смещения ( 0 vario U );

o opt. 120 / n , 2,3,4. n – для случая, когда амплитуда импульса тока постоянна ( max const I ), что обеспечивается изменением как величины m U , так и величины 0 U , при этом 0 m U U . 9.4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 1. Откройте диск «Education “Argon” (D)», папки «РТЦиС», «Ра бота_09. Усиление» и файл «9 – (номер бригады). Усиление.ms10» в соответствии с номером вашей бригады. Проверьте соответствие параметров элементов схемы параметрам элементов предварительного задания. 2. При отключенном сопротивлении шунта ( ш R ) определите резо нансную частоту pf и полосу пропускания 0.7 2 f контура усилителя при подаче на его вход (гнездо «ВХ1») гармонического колебания 0 ( ) cos m u t U t от генератора G1. Воспользуйтесь анализатором АЧХ (Bode Plotter XBP1). Для обеспечения линейного режима установите на НЭ напряжения: 0 0.2 B U , 0.1B m U . По полученным экспериментальным данным вычислите доброт ность и характеристическое сопротивление контура усилителя. 3. Повторите задание предыдущего пункта, но при подключенном сопротивлении шунта. 4. Измерьте резонансный коэффициент передачи и выходное на пряжение усилителя для заданных в предварительном задании значений 0 U и m U . Определите по полученным данным резонансный коэффициент усиления. Результаты по пунктам 2–4 сведите в таблицу. Параметры pf , кГц 0.7 2 f , кГц Q ρ , кОм 0.7.э 2 f , кГц э Q p K вых U , В Предварительный расчет Эксперимент Сравните полученные результаты с расчетными в предварительном задании.

5. Исследуйте влияние смещения на спектр и форму напряжения на стоке и истоке транзистора, т. е. на гнездах «ВЫХ.1» и «ВЫХ.2». Смещение следует изменять вплоть до запирания транзистора. За рисуйте 2–3 характерные осциллограммы и спектрограммы и сделайте выводы. 6. Снимите амплитудную (колебательную) характеристику уси лителя вых ( ) m U f U при 0 const U . Величина напряжения смещения U0 устанавливается в соответст вии с предварительным заданием. 7. Переведите усилитель в режим удвоения частоты. Для этого установите частоту колебаний на выходе генератора G1 равной половине резонансной частоты контура, что соответствует настройке контура на вторую гармонику входного колебания. Снимите зависимость напряжений 1 U и 2 U (по осциллограмме рис. 9.2) от напряжения смещения 0 U при m U = 0.5 В. Постройте гра фик. Напряжения 1 U и 2 U пропорциональны амплитудам напряжений первой и второй гармоник соответственно. Рис. 9.2 Зарисуйте осциллограмму для максимального значения 2 U (т. е. оптимального режима удвоения). При этом сравните измеренное напряжение смещения с рассчитанным в предварительном задании.

9.5. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Каковы достоинства и недостатки линейного режима усиления колебаний? 2. Поясните принцип работы нелинейного резонансного усилителя. 3. Изобразите временные диаграммы тока транзистора и выходного напряжения при различных смещениях на затворе. 4. Что такое угол отсечки тока транзистора и как он зависит от на пряжения смещения и амплитуды входного напряжения? 5. Как вычислить амплитуду тока первой гармоники по вольт амперной характеристике нелинейного элемента? 6. Что такое средняя крутизна и как при заданной ВАХ она зависит от напряжения смещения? 7. Как влияет напряжение смещения на коэффициент усиления (пе редачи) усилителя на полевом транзисторе? 8. Дайте определение колебательной характеристике резонансного усилителя. Как влияет напряжение смещения на эту характеристику? 9. Что такое «линейные искажения» при усилении амплитудно моделированных колебаний? Как влияет добротность контура усилителя на глубину модуляции выходного напряжения? 10. Какова зависимость глубины модуляции и времени задержки огибающей от модулирующей частоты? 11. Почему в нелинейном режиме усиления происходит повышение КПД? 12. Что такое режим умножения частоты? Поясните принцип работы удвоителя частоты на полевом транзисторе. 13. В чем разница между функциями Берга ( ) и ( ) , когда и для чего их используют? 14. Изобразите временные диаграммы тока полевого транзистора (канал p -типа) и напряжения на его затворе, стоке и истоке в режиме удвоения частоты. 15. Как выбирается угол отсечки тока нелинейного элемента в ум ножителе при работе: а) с постоянной величиной импульса тока (независимо от смещения); б) с постоянной амплитудой входного колебания? 16. Почему не применяются высокие кратности умножения частоты в одном каскаде?