1.3. Определение параметров нелинейности эу на основе измерения коэффициентов интермодуляции и блокирования

Описанная выше методика определения параметров нелинейности на основе исследования мгновенного коэффициента передачи (усиления) позволяет по одной единственной экспериментальной характеристике на основе ее аппроксимации полиномом 7-й степени не только определить коэффициенты и параметры нелинейности, но и указать оптимальный режим, при котором коэффициент усиления имеет максимально возможное значение при минимально возможном параметре и допустимом (не более 20 %) коэффициенте блокирования , в достаточно широком интервале значений смещения (рис. 1). На рис. 1 приведена аппроксимирующая функция усилителя на ПТ2П902А и вид параметров и , позволяющие указать оптимальный режим, соответствующий 3,75 В.

Рис. 1

Безупречная точность приведенного анализа подтверждается на основе известного двухсигнального метода измерения соответствующих коэффициентов нелинейности. Метод состоит в том, что на вход усилителя подают два равных сигнала и с частотами и , находящимися в полосе пропускания усилителя (рис. 2). На выходе усилителя образуются ПНП третьего порядка и , измеряемые анализатором спектра (рис. 3).

Рис. 3

Ослабление ПНП третьего порядка (амплитуда ) относительно бигармонического сигнала , характеризуемое коэффициентом интермодуляции третьего порядка , измеряется непосредственно анализатором спектра в логарифмическом масштабе (в дБ)

; (дБ) = 20 . (12)

В отличие от измерения коэффициент блокирования , определяемый отношением усиления при наличии помехи к усилению в ее отсутствие (13), измеряется схемой (рис. 2), в которой один из генераторов настраивается на частоту помехи , находящейся за полосой пропускания усилителя. Сначала измеряется коэффициент усиления без помехи , а затем подключается генератор помехи и измеряется коэффициент усиления при наличии помехи

. (13)

Однако эти известные методики измерения из-за многократности измерений достаточно трудоемки, а главное не позволяют оценивать и прогнозировать оптимальный режим по этим видам нелинейных явлений усилительных приборов при разработке высококачественной профессиональной радиоаппаратуры. Поэтому такие измерения целесообразны в основном при лабораторных исследованиях, а также для экспериментального подтверждения и проверки теоретического анализа, в частности, описанного выше.

2. Задания при подготовке к работе и ее выполнении

В работе исследуется один из двух вариантов широкополосных усилителей, представленных в лабораторном стенде, с частотными диапазонами, соответственно, (10 кГц–60 МГц) и (1,5 МГц–30 МГц). Ниже показана фотография стенда для исследования блокирования усилителя.

1. По данным результатов аппроксимации, которые выдает преподаватель каждой бригаде, построить график (формула 9), отражающий теоретический полином B₀ = f(U_СМ), где U_СМ – напряжение смещения на управляющем электроде транзистора (U_зи в ПТ) усилителя (см. п. 2).

Фотография стенда для исследования блокирования усилителя

2. Найти первую, вторую и четвертую производные полинома в функции от U_СМ (формулы 10), а также значение коэффициента усиления при наличии помехи (К_о), выражающего нулевую гармонику в ряде Фурье (формула 7), затем вычислить по формуле (13) коэффициент (степень) блокирования δ_бл усилителя при заданной амплитуде напряжения помехи (например, U_п = 0,5; 0,75; 1,0; 1,25; 1,5; 1,75; 2,0; 2,5 В и т.д.) и заданном напряжении смещения усилительного прибора (например, U_зи полевого транзистора). Таблицу коэффициентов аппроксимации для бригад смотрите в задании 2 п. 1 аналогичной компьютерной лабораторной работы № 6.

3. По данным предыдущего пункта построить характеристику коэф-фициента блокирования в функции от напряжения помехи. Например, по полученным данным в лабораторной работе № 4 для оптимального режима усилителя на полевом транзисторе 2П902А по параметру нелинейности третьего порядка U_{зи опт} = 3,6 В имеем:

=

= 20,04158 – 0,14845 – 0,455791 – 0,1356427 . (14)

В последнем выражении есть величина коэффициента усиления при наличии помехи, а – эта же величина в ее отсутствие.

Таким образом, выражение (14) является определяющим при оценке коэффициента блокирования . Задавшись значениями амплитуды помехи от 0 до 2,0 В и вычислив при этих значениях, определим искомое значение коэффициента . Сведя данные в табл. 1 и построив график = (рис. 4), можем определить допустимый по блокированию уровень помехи для заданного режима = 3,6 В.

Таблица 1

, В	0	0,25	0,5	1,0	1,5	2,0
	20,04158	20,030	19,974	19,302	15,855	3,474
=	1,0	0,999	0,996	0,963	0,791	0,173

Рис. 4. Зависимости коэффициента блокирования от амплитуды помехи

Таким образом, на основании данных (табл. 1) и графика (рис. 4) делаем вывод, что в оптимальном режиме = 3,6 В допустимый уровень мешающей помехи, при которой блокирование 1,2 ≥ ≥ 0,8, т.е. не более 20 %, не должен превышать величины 1,51 В.

4. При желании студенты для повышения своего рейтинга в выполнении и защите лабораторной работы могут решить более полную задачу: произвести расчет и построить зависимость δ_бл = f (Uзи) при фиксированных амплитудах напряжения помехи U_п = 0,5; 1,0; 1,7 В и т.д., в результате чего определить во всем заданном диапазоне смещений U_зи допустимый режим усилителя по блокированию, при котором блокирование находится в пределах δ = 0,8–1,2, т.е. не превышает 20 %. Для этого необходимо найти В_о, В₂, В₄, В₆, К_о в заданных точках диапазона U_зи, после чего найти искомую зависимость δ_бл = f (U_зи) при указанных амплитудах помехи U_п и построить более информативный график (рис. 5) по сравнению с графиком (рис. 4).

На графике (рис. 5) показаны пунктиром экспериментальные К_э и δ_бл, хорошо согласующиеся с теоретическими В_о и δ_бл, подтвержденные экспериментом при U_п = 1 В и свидетельствующие о пригодности метода МКП для оп-ределения параметров «тонкой» (Н_з) и «грубой» (δ_бл) нелинейностей и ука-зания оптимального и допустимого по этим показателям режима усилителя.

Рис. 5. Графики зависимостей Кэ, Во и δбл от Uзи при различных амплитудах напряжения помехи в усилителе на полевом транзисторе 2П902А