ПОСОБИЕ ПО ЛАБАМ СФУ

3) Заменив контур сопротивлением R=1к Ом, просмотреть и зарисовать осциллограммы коллекторного тока ik (t) = ukR(t) при f = fp*, частоте модуляции

F=1Гц, амплитуде высокочастотных колебаний Uбm=0,7 В и амплитуде модулирующего напряжения соответствующей Мu=50%.

Указания к отсчету

Отсчет должен содержать:

1)Принципиальную схему усилителя с модуляцией смещением;

2)Результаты расчетов, полученных при выполнении домашнего

задания;

3)Результаты экспериментального исследования, сведенные в

таблицы;

4)Графики статических и динамических модуляционных характеристик, полученных расчетных путем и экспериментально;

5)Выводы и оценку результатов эксперимента.

Вопросы для самопроверки

1)Что понимается под процессом модуляции?

2)Изобразите осциллограммы сигналов на входе и выходе модулятора.

3)Изобразите спектры сигналов: на входе и выходе модулятора.

4)Происходит ли преобразование спектра при модуляции?

5)Изобразить принципиальную схему транзисторного усилителя с базовой модуляцией.

6)Коэффициент модуляции.

7)Поясните физические процессы при модуляции смещением. Изобразите временные диаграммы, иллюстрирующие получение АМ колебаний.

8)Статическая модуляционная характеристика.

9)Динамическая модуляционная характеристика.

10)Чем следует руководствоваться при выборе рабочей точки модулируемого усилителя?

11)Возможно модуляцией смещением получить коэффициент модуляции, равный 100%?

12)Основное преимущество при получении модуляции смещением.

Лабораторная работа №3.

Детектирование АМ колебаний

Цель работы – исследование процессов, происходящих при детектировании амплитудно-модулированных колебании диодным детектором. В работе снимаются детекторные характеристики, измеряются входное сопротивления детектора, наблюдается осциллограммы напряжении при различных параметрах нагрузки .

Основные обозначения, расчетные формулы и определения.

Детектирование – это процесс, обратный модуляции: при детектировании АМ – колебании восстанавливается низкочастотный сигнал, управляющий амплитудой высокочастотных колебании. Детектор должен содержать нелинейный (параметрический) преобразователь, осуществляющий трансформацию спектра сигнала, и фильтр нижних частот, выделяющий низкочастотные компоненты . Принципиальная схема исследуемого диодного детектора дана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1Принципиальная схема исследуемого диодного детектора.

Постоянная времени τ =RC – фильтра нижних частот выбирается так, чтобы обеспечить неискаженное воспроизведение огибающей АМ – колебаний и необходимое сглаживание высокочастотных пульсаций: 2π/ω0<<RC<<2π/Ω, где ω0 – несущая частота АМ – колебаний; Ω - наивысшая частота в спектре модулирующего сигнала.

Важными характеристиками амплитудных детекторов являются характеристики детектирования, под которыми подразумевают зависимости постоянной составляющей тока Iд или напряжения на выходе детектора

Uд=IдR от амплитуды высокочастотных колебаний или изменения модулируемого параметра.

При анализе работы диодного детектора следует учитывать, что к диоду приложено напряжения u = uâõ −uä .

Режим работы диодного детектора определяется амплитудой высокочастотных колебаний U: для слабых сигналов, наибольшая амплитуда которых не превосходит 0,1–0,2 В, имеет место квадратичное детектирования; для сильных сигналов, амплитуда которых не менее 1В, режим детектирования линейный.

При детектировании слабых сигналов можно считать, что uд≈ 0, u= uвх , а вольт–амперная характеристика диода приближенно аппроксимируется

степенным полиномом

В этом случае характеристика детектирования имеет квадратичный характер:

Здесь U – амплитуда высокочастотных колебаний.

При квадратичном детектировании колебаний, амплитуда которых изменяется по закону:

искажений kГ пропорционален глубине модуляции:

При анализе работы диодного детектора в режиме сильных сигналов применяется кусочно-линейная аппроксимация вольтамперной

характеристики диода

В этом случае увеличение амплитуды колебаний вызывает увеличение выходного напряжения Uд, а следовательно, и смещения, причем осечки θ остается величиной постоянной, зависящей только от параметров схемы:

а выходное сопротивление линейного диодного детектора по первой гармонике

Домашнее задание

1) Изобразить принципиальную схему последовательного диодного детектора .

2)Оценить значение емкости нагрузки, при которой возможно

неискаженное детектирование АМ – колебаний частотой модуляции F=400 Гц и несущей частотой f0 = fp*. Принять R = R1*.

3)Изобразить качественно временные диаграммы входного АМ– напряжения uвх(t) на диоде u(t) и напряжение на нагрузке uвых(t) при:

а) правильно выбранной величине емкости нагрузки C;

б) слишком большой емкости нагрузки; в) при отсутствии емкости нагрузки.

4)Выполнить кусочно-линейную аппроксимацию вольтамперной характеристики полупроводникового диода, изображенной на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

5)Определить коэффициент передачи диодного детектора в режиме линейного детектирования.

6)Рассчитать входное сопротивление последовательного диодного детектора, если: а) R = R1*, б) R = R2*.

Описание лабораторной установки

Лабораторную работу выполняют на установке, описание которой приведено на стр. 9.

При исследовании процесса детектирования внешнее воздействие с несущей частотой f0, равной резонансной частоте контура fp* во входной цепи детектора, следует подавать на гнезда Г3 (смотри рисунок 1.3). С помощью тумблера Т3 к контуру Lк Cк подключается либо детектор (положение 1), либо эквивалентное сопротивление замещения детектора Rэк (положение 2). Значение сопротивления Rэк изменяется переключателем «Rэк кОм». Сопротивления Rэк подключается к контуру при измерении входного

сопротивления детектора. Тумблеры Т4 иТ5 позволяют изменять сопротивление и емкость нагрузки детектора .

Лабораторное задание и методическое указание

1) Снять зависимость низкочастотного напряжения на входе детектора от амплитуды напряжения несущей на выходе детектора (на контуре Lк,Cк) Um0 при постоянной глубине модуляции M=30% модулирующей частоте

F=400 Гц и несущей частоте f0 = fp* для двух случаев:

а) R = R1*, C = С1* ;

б) R = R2*, C = С2*.

1.1) Подключить генератор высокочастотных колебаний (выход 0,1 – 1 В) к гнездам Г3 милливольтметр – к гнездам Г4,Y – выход осциллографа – к гнездам Г5 .

Установить тумблеры Т2 и Т3 в положении 2 и 1 соответственно, позволяющие исследовать диодный детектор? переключатель Cк, тумблеры Т4 и Т5 - в положения, соответствующие варианту бригады и нагрузке диода; переключатели «Вольтметр» и «Осциллограф» - в положение «Б», позволяющее измерять и наблюдать напряжение на выходе детекторе (см. 1.3).

1.2) Получить на входе детектора АМ – сигнал с параметрами f0 = fp*= 400 Гц, М=30% и Um0=0,3 В, использовать внутреннюю модуляцию ГВЧ. Изменяя частоту, добиться резонанса в контуре Lк,Cк. Учесть, что при резонансе напряжение на входе детектора достигает максимума.

1.3) Снять зависимость Uвых от Um0, изменяя напряжения на входе детектора с помощью выходного аттенюатора ГВЧ и измеряя измерителем выхода ГВЧ.

2) Снять зависимость низкочастотного напряжения на входе детектора от коэффициента модуляции на входе при Um0 = 1В для двух случаев:

а) R = R1*, C = С1* ;

б) R = R2*, C = С2*.

Коэффициент модуляции напряжения на входе детектора измерять с помощью модулометра ГВЧ.

3) Просмотреть и зарисовать осциллограммы напряжений Uвх (t), Uвых (t), U(t) для следующих случаев:

а) R = R1*, C = С1* ;

б) R = R2*, C = С2*;

в) R = R2*, C = С1* ;

г) R = R1*, C = С2*.

Для этого переключатель «Осциллограф» следует устанавливать в положения А, Б, АБ.

4) Измерить входное сопротивления последовательного диодного

детектора методом замещения для двух значений сопротивления нагрузки:

а) R = R1*;

б) R = R2*.

На входе детектора в точке А установить немодулированного напряжения Um0 = 1 В. Подключить эквивалент входного сопротивления детектора Rэк , переведя тумблер Т3 в положении «2»; подобрать величину Rэк так, чтобы напряжения в точке А было бы равно первоначально выставленному значению.

Указания к отсчету

Отсчет должен содержать:

1)принципиальную схему последовательного диодного детектора;

2)расчеты, графики и рисунки, полученные при выполнении домашнего задания;

3)результаты экспертного исследования в виде таблицы и графика;

4)осциллограммы напряжений в различных точках схемы и при различных параметрах нагрузки, согласованные во времени и по напряжению;

5) выводы и оценку полученных результатов.

Вопросы для самопроверки

1)Чем определяется режим работы диодного детектора?

2)Почему принято разделять детектирование сильных и слабых

сигналов

3)Приведение принципиальную схему последовательного диодного детектора, поясните назначение всех элементов схемы?

4)Чем следует руководствоваться при выборе параметров нагрузки диодного детектора?

5)В чем преимущества линейного детектирования перед квадратичным?

6)Как будет изменяться угол отсечки с изменением сопротивления нагрузки при детектировании сильных сигналов?

7)Чем определяется значения входного сопротивления диодного детектора?

8)Дайте определение детекторной характеристики.

9)Изобразите детекторные характеристики при различных параметрах нагрузки.

10)Какими причинами обусловлено появление нелинейных искателей на входе детектора АМ - сигналов?

Лабораторная работа №4

Преобразование частоты

Цель работы - изучение основных закономерностей преобразования частоты. В работе снимается зависимость коэффициента преобразования от напряжения смещения, исследуются спектры сигналов на выходе преобразователя при большой и малой амплитудах гетеродина.

Основные обозначения, расчетные формулы и определения.

На нелинейный элемент исследуемого преобразователя действует два напряжения:

от гетеродина:

и от источника сигнала:

Предполагается, что сигнал представляет собой АМ колебание.

Если режим работы преобразователя выбран так, что вольтамперная характеристика транзистора ik(uб) квадратичная (малая амплитуда гетеродина), то преобразователь при достаточно слабом сигнале можно рассматривать как линейное параметрическое устройство, крутизна которого изменяется пропорционально гетеродинному напряжению по закону:

где S0– крутизна характеристики в рабочей точке;

mг<1 – постоянный коэффициент, пропорциональный амплитуде гетеродина.

В этом случае ток в коллекторной цепи транзистора:

ωп=|ωг-ωс|.

или ωп=ωг+ωс, выделит соответствующее колебание. Закон изменения

амплитуды сигнала переносится на колебание с промежуточной частотой без искажений.

Если зависимость ik(uб) нельзя считать квадратичной (большая амплитуда гетеродина), а необходимо аппроксимировать полиномом:

то в составе коллекторного тока появляются комбинационные колебания с частотами ωк=|±nωc ±mωг|, где n и m – целые положительные числа. Амплитуды комбинационных колебаний содержат степени Uc(t) выше первой, т.е. процесс преобразования при ωn=ωк сопровождается искажениями огибающей сигнала.

Домашнее задание

1)Начертить схему преобразования частоты.

2)Привести характеристику транзистора iк(uб), изображённую на рисунке 4.1. Под графиком этой характеристики изобразить зависимость крутизны от напряжения на базе, сохраняя тот же масштаб по оси абсцисс.

3)Определить частоты сигнала, при которых напряжение на выходе

преобразователя достигает максимума, если заданы частота фильтра промежуточной частоты fп* и частота гетеродина fг*. Выполнить расчёт частот для двух случаев:

1)Амплитуда гетеродина малая; 2)Амплитуда гетеродина большая.

Отметить найденные значения частот сигнала на шкале частот.

4)Изобразить зависимость Uвых(Uб0) в режиме преобразования частоты, т.е. при одновременной подаче на вход Uс и Uг и fc=| fг* ± fп*|.

Рисунок 4.1 График характеристики транзистора iк(uб) (iк в мА, uб в В)

Описание лабораторной установки

Лабораторную работу мы будем проводить на стенде, передняя панель сменного устройства которого приведена на рисунке 4.2.

В сменном устройстве лабораторной установки находятся нелинейный элемент – транзистор, гетеродин, генерирующий колебания с частотой fг*, фильтр промежуточной частоты, настроенный на частоту fп*, фильтр нижних частот, органы коммутации и регулировки.