Контрольные вопросы

1. Каковы 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 напряжения 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 она зависит от напряжения смещения?

7. Как влияет напряжение смещения на коэффициент усиления (передачи) усилителя на полевом транзисторе?

8. Дайте определение колебательной характеристики резонансного усилителя. Как влияет напряжение смещения на эту характеристику?

9. Что такое линейные искажения при усилении АМК? 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 и напряжения на его затворе, стоке и истоке в режиме удвоения частоты.

15. Как выбирается угол отсечки тока нелинейного элемента в умножителе 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?

Лабораторная работа № 10 амплитудная модуляция изменением смещения

10.1. Цель работы

Исследование физических процессов и снятие модуляционных характеристик при амплитудной модуляции изменением смещения на полевом транзисторе.

10.2. Теоретические сведения

Процесс управления параметрами ВЧ несущего колебания называется модуляцией. Она осуществляется для эффективной передачи относительно низкочастотного сигнала от источников сообщений (микрофон, телекамера и др.) с помощью радиоволн по каналу связи; при этом спектр этих сигналов переносится в диапазон ВЧ. При амплитудной модуляции (АМ) амплитуда несущего колебания изменяется по закону передаваемого сообщения.

Для АМ сигнала форма записи такова:

, (10.1)

где характер огибающей определяется видом передаваемого сигнала.

Амплитудный модулятор – это устройство, создающее на выходе АМ сигнал вида (10.1).

Одна из возможных схем модулятора показана на рис. 9.1. На управляющий вход НЭ подаются высокочастотное (ВЧ) колебание , смещение и модулирующий сигнал . представляет собой медленную по сравнению с ВЧ колебанием функцию времени (т. е. всегда выполняется неравенство , где – наивысшая частота в спектре сигнала ). Будем далее использовать в качестве простейшего модулирующего сигнала гармоническое колебание . Итак, на модулятор подается

, (10.2)

где под можно понимать медленно изменяющееся во времени по закону управляющего сигнала напряжение смещения НЭ

, т. е. = .

Представим ВАХ НЭ степенным полиномом

(10.3)

Подставим напряжение (10.2) в (10.3). Выходной ток НЭ будет иметь сложный спектральный состав, где кроме гармоник несущего и управляющего сигналов появятся комбинационные составляющие вида

…

Резонансный контур модулятора выделит из этого спектра составляющие с частотами, близкими к его резонансной частоте ( ).

(10.4)

Для получения неискаженной модуляции порядок комбинационных составляющих должен быть не более 2. Выберем на ВАХ нелинейного элемента участок, допускающий аппрокси-мацию не более чем квадратичным полиномом. Следовательно, и амплитуда первой гармоники тока

(10.5)

где – крутизна в рабочей точке ( ); – глубина модуляции амплитуды тока первой гармоники

; (10.6)

– средняя крутизна (меняется во времени по закону модулирующего сигнала).

Коэффициент нелинейных искажений огибающей тока первой гармоники

. (10.7)

Выходное напряжение модулятора рассчитывается по формуле

, (10.8)

где , , ,

, , , , .

Таким образом, модулятор можно рассматривать как резонансный усилитель с управляемой крутизной. Изменение глубины модуляции напряжения по сравнению с глубиной модуляции тока , а также запаздывание огибающей на угол по сравнению с огибающей тока – это линейные искажения. Они тем меньше, чем меньше добротность , т. е. шире полоса пропускания контура.

На практике рабочий участок ВАХ НЭ модулятора выбирают по статической модуляционной характеристике. Это зависимость амплитуды тока первой гармоники НЭ или напряжения на выходе модулятора от напряжения смещения при подаче на вход гармонического несущего колебания с постоянной амплитудой (рис. 10.1):

, , . (10.9)

Часто статическую модуляционную характеристику определяют графоаналитически по известной ВАХ НЭ и заданной амплитуде входного сигнала U_m: для каждого смещения определяют по методу трех ординат амплитуду тока .

Рис. 10.1

В случае аппроксимации ВАХ степенным полиномом она находится из выражения (10.4) при :

. (10.10)

Для квадратичного участка ВАХ, когда , эта характеристика линейна:

(10.11)

и, как уже отмечалось, нелинейные искажения огибающей отсутст-вуют.

При больших амплитудах входного ВЧ колебания ВАХ НЭ можно аппроксимировать кусочно-линейной зависимостью, тогда

(10.12)

где – амплитуда импульсов тока, линейно зависящая от напряжения смещения .

Статическая модуляционная характеристика позволяет выбрать рабочий участок ВАХ НЭ, необходимый для неискаженной амплитудной модуляции ( , ), и определить для этого участка:

1) максимально возможный коэффициент АМ по току

;

2) рабочее напряжение смещения (рабочую точку)

;

3) максимальную амплитуду управляющего напряжения

.

Динамическая модуляционная характеристика (рис. 10.2) – это зависимость коэффициента модуляции M_I от амплитуды модулирующего сигнала при постоянных смещении и амплитуде ВЧ колебаний , т. е.

, , . (10.13)

Э та характеристика может быть рассчитана по статической модуляционной характеристике (если для обеих взяты одинаковые ) или на основе формул (10.4), (10.5). По формулам определяют зависимости максимального и минимального мгновенных значений тока первой гармоники ( , ) от амплитуды модулирующего напряжения для известных (заданных) , .

Следовательно,

= . (10.14)

При модуляции прямоугольными видеоимпульсами время установления фронтов радиоимпульса (оно же время свободных колебаний в контуре) равно:

. (9.15)