3. Исследование детектирования.

1. Установить на одном высокочастотном генераторе частоту  = 2 МГц и режим внутренней модуляции генерируемого сигнала (частота модуляции1 кГц). Второй генератор от макета отключить. Установить постоянную составляющую тока диода около 30…40 мА. Включить резистивную нагрузкуR(положение1переключателяS1.1) Напряжение, снимаемое с резистивной нагрузки, подать на осциллограф. Наблюдать и зарисовать форму полученного АМ-сигнала.

2. Уменьшить постоянную составляющую тока через диод (напряжение смещения ) до нулевого значения. ВключитьRC-нагрузку (положение4переключателяS1.1). Наблюдать (и зарисовать) с помощью осциллографа форму напряжения на нагрузке, используя переключательS2:

а) с выключенной емкостью С1;

б) с включенной емкостью С1 (это и будет напряжение на выходе амплитудного диодного линейного детектора — гармоническое колебание с частотойF).

Содержание отчета

Отчет должен содержать краткие положения теории и схемы устройств, использованных для осуществления рассмотренных нелинейных преобразований радиосигналов, графики (рисунки) форм и спектров исследованных сигналов, таблицу и график модуляционной характеристики по п. 3 исследования амплитудной модуляции, объяснение полученных результатов и выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. В чем состоит особенность воздействия двух колебаний на нелинейную цепь?

2. Как с помощью нелинейного сопротивления осуществить амплитудную модуляцию?

3. Что такое детектирование? Какие существуют виды детектирования?

4. Что такое гетеродинирование и как оно осуществляется? Что такое «инверсия спектра»?

5. На нелинейный элемент, ВАХ которого аппроксимирована полиномом 4‑й степени, подается напряжение в виде суммы двух гармонических колебаний с частотами, указанными преподавателем. Какие частоты могут содержаться в спектре тока, протекающего через нелинейный элемент?

6. Что означает условие отсутствия отсечки при анализе изучаемых в лабораторной работе процессов на основе полиномиальной аппроксимации? Приведите примеры. Использовался ли режим с отсечкой при настройке аппаратуры в ходе работы?

7. Возможна ли амплитудная модуляция в устройстве с нелинейным элементом, ВАХ которого аппроксимирована полиномом ?

8. Поясните процедуру амплитудной модуляции со спектральной точки зрения.

9. Поясните процедуру гетеродинирования со спектральной точки зрения.

10. Поясните процедуру АМ-детектирования со спектральной точки зрения.

11. К чему приведет отличие вольт-амперной характеристики нелинейного элемента от квадратичной при гетеродинировании?

12. При разработке радиоприемника необходимо обеспечить перенос частоты входного сигнала, которая может лежать в диапазоне 88…108 МГц, на промежуточную частоту, равную 10 МГц. В каком диапазоне должна изменяться для этого частота гетеродина?

11. ИсследованиеRс-автогенераторов

Цель работы— исследование условий самовозбуждения колебаний в автогенераторах с частотно-зависимой обратной связью.

11.1. Теоретические сведения

RС-автогенераторы, представляющие собою комбинацию активных четырехполюсников (усилителей) иRС-цепей, играющих роль элементов обратной связи, используются на частотах ниже единиц мегагерц. Основное их преимущество — малые габариты.

Структурная схема автогенератора приведена на рис. 11.1, а.

Рис. 11.1

В RС-автогенераторах в качестве активного четырехполюсника обычно используется широкополосный усилитель с характеристикой, а в качестве четырехполюсника цепи обратной связи — набор частотно-зависимыхRС-цепей. Комплексная частотная характеристика четырехполюсника цепи обратной связи имеет вид:.

Принципиальные схемы исследуемых автогенераторов приведены на рис. 11.2. На рис. 11.2, а, бизображены схемы автогенераторов, в цепи обратных связей которых включены фазосдвигающиеRС-цепи, на рис. 11.2, в —RС-генератор, цепь обратной связи которого образована мостом Вина.

В соответствии с частотным критерием устойчивости Найквиста возможность возникновения колебаний в RС-генераторах определяется по характеру изменения комплексной частотной характеристики разомкнутого тракта устройства (рис. 11.1,б):, где,— амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики разомкнутого тракта автогенератора,для неинвертирующего усилителя идля инвертирующего усилителя (рис. 11.3, б; 11.4, б; 11.5, б).

Рис. 11.2

Комплексная частотная характеристика разомкнутого тракта устройства изображается на комплексной плоскости в виде вектора, конец которого при изменении частоты опишет кривую, называемуюгодографом Найквиста(рис. 11.3, в; 11.4, в; 11.5, в). Если годограф Найквиста охватывает на комплексной плоскости точку (1,j0), то в замкнутом устройстве возникнут колебания. Отсюда следует, что для обеспечения условия самовозбуждения автогенератора на частоте генерациинеобходимо выполнение условийбаланса фазибаланса амплитуд:

, гдеn= 0, 1, 2, …, (11.1)

при. (11.2)

Комплексная частотная характеристика разомкнутого тракта автогенератора с трехзвенной фазосдвигающей цепью в четырехполюснике обратной связи (рис. 11.3, а) запишется в виде

. (11.3)

Частота возникающих в RC-генераторе колебанийопределится из выражения (11.3) с учетом условий (11.1), (11.2) при:

, ,

а значение коэффициента передачи усилителя, при достижении которого в генераторе начнут возникать колебания, определится из неравенства (11.2) с учетом выражения (11.3) в виде

.

Рис. 11.3

Комплексная частотная характеристика разомкнутого тракта автогенератора с четырехзвенной фазосдвигающей цепью в четырехполюснике обратной связи (рис. 11.2, б; 11.4, а) запишется в виде выражения

. (11.4)

Частота возникающих в генераторе колебаний определится из выражения (11.4) и условия (11.2) прив виде

,,

а коэффициент усиления усилителя — из условия

.

Рис. 11.4

Необходимость использования в RС-генераторах усилителей с различными коэффициентами передачи объясняется различными коэффициентами передачи четырехполюсников обратных связей на частотах генерации. В четырехзвенной цепи четырехполюсника обратной связи фазовый сдвигв каждом звене составляет на частоте генерации 45°, а в трехзвенной цепи —= 60°. Эти условия определяют меньшее ослабление сигнала в четырехзвенной цепи по сравнению с трехзвенной.

Коэффициент передачи разомкнутого тракта автогенератора с мостом Вина (рис. 11.5, а) определится с помощью выражения

.

Рис. 11.5

Частота, на которой возникнет самовозбуждение, определится из условия :

,.

Коэффициент передачи цепи обратной связи на этой частоте . Коэффициент передачи усилителя должен быть выбран достаточным для компенсации ослабления сигнала в цепи обратной связи и в соответствии с условием (11.2) отвечать неравенству.

Амплитуда установившихся в автогенераторе колебаний ограничивается нелинейностью самого усилителя. Если коэффициент усиления разомкнутого тракта автогенератора заметно больше трех, то форма генерируемых колебаний может существенно отличаться от синусоидальной.

Для уменьшения этих искажений применяют автоматическую регулировку коэффициента передачи усилителя , осуществляемую, например, с помощью инерционного нелинейного терморезисторас отрицательной зависимостью сопротивления от приложенного к нему напряжения, включаемого в цепь отрицательной обратной связи (рис. 11.2, в). Уменьшение сопротивления резистораприводит к увеличению коэффициента передачи цепи отрицательной обратной связи:и, следовательно, к уменьшению коэффициента передачи усилителя, определяемого выражением, где — коэффициент усиления усилителя без обратной связи.

Уменьшение коэффициента передачи усилителя приводит к уменьшению искажений колебаний.