3. Опис лабораторного пристрою

Лабораторний пристрій складається з макету, вимірювача спектру С4-25, осцилографа, джерела живлення, генератора вхідних сигналів Г4-18А.

Лабораторний макет виконано у вигляді настільного блоку з окремим стабілізованим джерелом струму, з можливістю його контролювання. Вимірювання вихідної напруги виконується за допомогою осцилографа з дільником 1:10, який вмикається на вихід підсилювача потужності. Осцилограф контролює форму вихідної напруги підсилювача потужності .

Вимір коефіцієнту нелінійних спотворень виконується за допомогою аналізатора спектру С4-25. Макет складається з підсилювача потужності (ПП) який виконано на польовому транзисторі КП901А(див.рис.2.1).

Рисунок 2.1 – Схема широкосмугового підсилювача потужності

Вхідний сигнал за допомогою ВЧ кабелю подається на вхідні клеми лабораторного макету. Для узгодження за опором кабелю з вхідним колом макета у схемі встановлено опір R1=75Ом. Далі сигнал через розділову ємність С1 генератора надходить до затвора польового транзистора, куди також подається постійна напруга зміщення за допомогою перемикача S3 , яка має можливість змінюватися стрибком. За допомогою перемикача S1 можливо ввімкнути один з чотирьох трансформаторів. Опір навантаження встановлюється за допомогою перемикача S2, де шляхом перемикання одержується опір, узгоджений з конкретним номером трансформатора.

2.4 Порядок виконання роботи

2.4.1 Встановити напругу на стоку польового транзистора згідно з варіантом (див.табл.2.1).

Таблиця 2.1 – Перелік варіантів

№ варіанту	1	2	3	4	5	6	7	8
Uстоку, В	8	9	10	12	13	15	16	17

2.4.2 За допомогою перемикача S3 встановити необхідну напругу на затворі польового транзистора для роботи каскаду у класі “А”, при цьому контролювати струм за допомогою амперметра джерела живлення.

2.4.3 Встановити на виході генератора сигналів Г4-18А рівень напруги, який не перевищує необхідний для роботи в класі "А".

2.4.4 За допомогою осцилографа контролювати наявність напруги на навантаженні ПП.

2.4.5 Зняти експериментальну залежність

, (2.1)

де - коефіцієнт підсилення ПП;

- частота;

- опір навантаження, який згідно з положенням перемикача S2 має значення 910, 510, 300, 100, 30 Ом.

N - номер трансформатора.

Розглянути цілком увесь діапазон частот генератора Г4-18А таким чином, щоб на октаву було не менше 3 точок. Залежність (2.1) відтворити у вигляді графіків під час оформлення звіту.

2.4.6 Підключити аналізатор спектру С4-25 на вихід ПП , встановити частоту на генераторі Г4-18А – 2 МГц. Виміряти усі складові спектру ПП, та розрахувати за ними коефіцієнт спотворень ПП. Повторити експеримент при іншій напрузі зміщення на затворі польового транзистора. Зробити висновки.

2.4.7 Виконати одне з індивідуальних завдань вказаних викладачем.

Індивідуальні завдання

1. Зробити вимір фазочастотної характеристики широкосмугового ПП.

2. Виміряти коефіцієнт підсилення у діапазоні малих частот під час роботи на трансформаторах першого і другого типів. Зробити висновки.

3. Провести вимір коефіцієнту спотворень для випадку слабкого та сильного сигналу на вході ПП. Робочу частоту встановити рівною 3 МГц.

4. Зменшити напругу джерела живлення на 50% відносно вказаної викладачем. Провести вимір коефіцієнту спотворень згідно пп. 2.4.6.

2.5 Зміст звіту

До звіту необхідно занести:

принципову схему макету підсилювача потужності;

результати експерименту;

висновки.

2.6 Контрольні запитання та завдання

1. Як відобразити схему широкосмугового трансформатора на низьких та високих частотах?

2. Як забезпечити магнітний зв'язок у широкосмуговому трансформаторі при мінімальному електричному?

3. Від чого залежить смуга частот роботи трансформатору типу “об’ємний виток ”?

4. Як впливає тип матеріалу осереддя трансформатора на його характеристики?

5. Наведіть конструкцію широкосмугового трансформатора?

6. Від чого залежить нижня робоча частота трансформатора?

7. Наведіть схему трансформатора коли К=3:1?

8. Наведіть схему трансформатора , коли К=N:1?

9. З якою метою виконується послідовне та каскадне ввімкнення трансформаторів?

3 ДОСЛІДЖЕННЯ НЕСТАБІЛЬНОСТІ ЧАСТОТИ

ТРАНЗИСТОРНОГО АВТОГЕНЕРАТОРА

3.1 Мета роботи

Мета роботи  ознайомлення з методикою експериментального дослідження статистичних характеристик нестабільності частоти автогенераторів; експериментальне дослідження впливу дестабілізуючих факторів на частоту автогенератора; дослідження стабілізації частоти транзисторного генератора за допомогою кварцу.

3.2 Методичні вказівки до організації самостійної роботи студентів

Розглянути методичні вказівки до роботи.

Підготуватися до виконання індивідуального завдання, яке вказано викладачем.

Розрахувати графік спектральної щільності флуктуації частоти та середньоквадратичне відхилення частоти транзисторного автогенератора. У процесі розрахунку необхідно керуватися наступним.

Основними причинами нестабільності частоти лампових та транзисторних автогенераторів є :

механічні вібрації деталей та елементів генератора ;

теплові відхилення частоти при вмиканні генератора та при зміні режиму його роботи ;

зміна температури, вологості, тиску навколишнього середовища ;

нестабільність напруги джерела живлення ;

флікерні, дробові та теплові шуми в деталях та елементах генератора.

Якщо вжити заходів по зменшенню впливу перших чотирьох дестабілізуючих факторів, то основний вплив на нестабільність частоти генератора (рис.3.1 ) справляють флуктуації вхідного опору транзистора.

Рисунок 3.1- Схема кварцового генератора

Спектр відносних флуктуацій частоти генератора для цього випадку

( 3.1 )

де Q_H  добротність навантаженого контуру ;

С₂  ємність зворотнього зв’язку ;

k коефіцієнт зворотнього зв’язку ;

 відносний спектр флуктуацій вхідного опору, де A_R 10^-7.

Позначимо G_f() = A_f^-1, згідно (3.1) отримаємо :

(3.2)

Дисперсія флуктуацій частоти

(3.3)

де

_н = 2 / Т_вим ; _в = 2 / .

Відносне середньоквадратичне відхилення частоти

 _{ f} =

Для розрахунку прийняти Q_н = 100, С₂, k та f₀ для кожної лабораторної установки мають свої значення і повинні бути одержані у викладача заздалегідь. Величини Т_вим та  вказані у розд. 3.3.

Частота автогенератора змінюється у часі за випадковим законом. Тому характеризувати нестабільність частоти можливо тільки характеристиками випадкових процесів: математичним очікуванням, дисперсією, спектральною щільністю; кореляційною функцією та іншим. Визначення цих характеристик надаються в математиці для стаціонарних випадкових процесів, які тривають у часі нескінченно.

На практиці можна одержати тільки оцінки цих характеристик, які визначаються не тільки параметрами випадкового процесу, але і методом , і часом виміру, і способом обробки результатів вимірів. Якщо, наприклад, випадковий процес має спектр з смугою частот від нуля до нескінченності (білий шум), то під час вимірів можна зафіксувати тільки обмежений спектр частот через кінцеві смуги пропускання приладів і кінцевий час виміру.

В даній лабораторній роботі характеристики нестабільності частоти розраховують на ЕОМ за реалізаціями випадкового процесу виміру частоти у часі f(t), які визначаються частотоміром. Реалізація складається з 36 знятих послідовно значень частоти генератора. За такими умовами, зняття реалізацій у них, залишається інформація тільки про частину спектру випадкового процесу f(t), який розміщений у інтервалі частот від F_н до F_в. Дійсно, кожний відлік частотоміра  це середнє значення частоти за час лічення  ( в даній роботі  = 10 с ). Такий спосіб виміру виключає із спектру флуктуацій складові з частотою вище 1/, що еквівалентно помноженню спектру на Тому верхня частота визначеного спектру – F_в

виявляється рівною 1/. Обмеження часу виміру Т_вим ( в даній роботі Т_вим = 525 с) еквівалентно помноженню спектру на

.

Це значить, що спектр обмежений по частоті знизу значенням

Для вираховування характеристик нестабільності на ЕОМ розроблено алгоритм обчислення, у якому передбачено виключення нестабільності випадкового процесу f(t) (через повільний прогрів приладів ), шляхом п’ятидесятиразового згладжування реалізації та її центрування. Текст програми приведено у додатку А.