Петушок Илья ОРЭ 13 вар, 6-ой сем

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Факультет радиотехники и электроники

Кафедра электроники

Дисциплина: Основы Радиоэлектроники

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2

Студент: гр. 990241 Петушок И.М.

Руководитель: преподаватель

Мельников В. А.

Минск

2022

Оглавление

Задача 2. 6

Литература 19

Задача 1,а. На вход резонансного усилителя подается АМ-колебание вида При этом частота несущего колебания f_н совпадает с резонансной частотой контура f_k.

Определить необходимую полосу пропускания контура, его добротность и сопротивление потерь в контуре, при которых АМ-колебание будет проходить через усилитель без искажений.

Рассчитать и построить спектр АМ-колебания на выходе усилителя.

Исходные данные:

U_m=3 B; f_к=400 кГц; F_M=12 кГц; m=70%; L=800 мкГн; С=- пФ; k=-0.02;

Как изменится спектр сигнала на выходе усилителя, если абсолютная расстройка ? Построить (качественно) спектр выходного сигнала и его векторную диаграмму для указанной в задании расстройки.

Решение:

Из условия, что резонансная частота контура определяется значением f_н определяем необходимую емкость контура:

Определяем ширину спектра сигнала:

Определяем добротность контура:

Определяем сопротивление потерь в контуре:

Рассчитываем и строим спектр и векторную диаграмму выходного сигнала:

Несущая амплитуда:

Боковые амплитуды:

Рис. 1.1. Спектр AМ сигнала

Рис 1.2. Векторная диаграмма АМ сигнала

Рассмотрим изменение сигнала при заданной расстройке Δ=8 кГц

Рассчитываем величину относительной расстройки:

Тогда, при заданной расстройке величина выходного сигнала на резонансной частоте:

Для этого значения строим спектр AМ сигнала.

Рис 1.3. Спектр AМ сигнала при расстройке

Рис 1.4. Векторная диаграмма АМ сигнала при заданной расстройке

Задача 2.

Автогенератор с контуром в цепи коллектора и индуктивной связью генерирует колебания с частотой f₀ = 1 МГц. Добротность контура Q = 50, взаимная индуктивность М = 5 мкГн.

Характеристика транзистора аппроксимируется полиномом третьей степени . Выбрать величину смещения на базе транзистора для мягкого и жесткого режимов работы автогенератора и оценить амплитуды стационарных колебаний для этих режимов.

Решение:

Воспользуемся тригонометрическими формулами:

Путем подстановки этих выражений в исходную характеристику транзистора, получаем выражение тока с разложением на гармонические составляющие:

В соответствии с условием задачи,

Соответственно, средняя крутизна вольт амперной характеристики транзистора определяется выражением:

По заданным параметрам определяем числовое значение средней крутизны:

По заданному выражению i(U) и полученному S(U) строим соответствующие графики.

Рис 2.1. Характеристики i(U); S(U)

По построенной характеристике S(U) делаем вывод, что автогенератор работает в жестком режиме. При этом, уравнение S_СР= S(U) имеет два решения. Т.к более устойчивым является большее значение U_mБЭ , то по графику находим соответствующее решение для найденного S_СР=0.6 мА/В. U_mБЭ =3.5 В – величина смещения на базе транзистора.

Задаем значение индуктивности таким образом, чтобы значение коэффициента обратной связи

Рис. 2.2. Представление схемы генератора с контуром в цепи коллектора в виде обобщенной схемы

Соответственно, величина амплитуды напряжения на коллекторе

Задача 3. Начертить спроектированную на транзисторах КТ315Б схему симметричного мультивибратора, произвести расчет всех элементов схемы, определить амплитуду и время нарастания выходного напряжения, построить в масштабе временные диаграммы, иллюстрирующие работу рассчитанного устройства, если напряжение источника питания в каждом варианте Е_К=10 В. Для ждущего режима определить параметры запускающего импульса. Исходные данные:

Режим работу – Ждущий режим

Частота запуска f_ЗАП.=0.7 кГц; длительность импульса τ=2 мс.

Рис. 3.1. Схема ждущего мультивибратора

1. Выписываем справочные параметры транзистора КТ315Б.

- граничная частота транзистора в схеме с общей базой.

- максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором

- минимальное значение коэффициента усиления по току.

- импульсный ток коллектора.

2. Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора VT2.

Где I_к2.нас – ток насыщения коллектора транзистора VT2 при указанной в исходных данных температуре окружающей среды

I_к.нас ≤ I_ки

Принимаем, что температура окружающей среды равна 20^оС

Тогда: I_к.нас = I_ки=100 мА.

К_зап - коэффициент запаса. Обычно, в целях экономичности работы схемы принимают К_зап = 6 - 8.

Амплитуда выходного напряжения:

Принимаем

Принимаем

3. Рассчитаем сопротивление резистора Rэ .

Rэ = U¹ ∙R_к2 ∙h_21э / (h_21э + К_нас)( U_ип - U¹ )

Где U¹ - падение напряжения на резисторе R_э в режиме ожидания. Обычно выбирают U¹ = (0.2 ..0.3) ∙U_ип=(0.2 ..0.3) ∙10=2.5 B

К_нас - коэффициент насыщения транзистора в схеме ждущего мультивибратора. Для ждущего мультивибратора рекомендуется выбирать К_нас в пределах 1.2 – 1.4

4. Рассчитаем сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора VT1. R_к1 = (2 ..3)∙R_к2 =(2 ..3)∙620=(1240..1860)=1500 Ом.

5. Рассчитаем сопротивления резисторов входного делителя.

R₁ = h_21э ∙(R_к1 - R_к2) / К_нас=30∙(1500-620)/1.3=20307 Ом=20 кОм.

R₂ = h_21э ∙R₁ ∙Rэ / (h_21э ∙R_к1 - К_нас ∙R₁)=30∙20∙10³∙200/(30∙1500-1.3∙20∙10³)=

=6315 Ом=6.2 кОм

6. Рассчитаем сопротивление резистора и емкость конденсатора времязадающей цепи.

R = h_21э ∙ R_к2 / К_нас=30∙620/1.3=14307 Ом=15 кОм

C = t_и / 0.7∙R=2∙10^-3/0.7∙15∙10³=1,9∙10^-7 Ф=0.2 мкФ.

7. Проверим длительности t_ф и t_с.

τ_α = 0.16/ f_h21б=0.16/250∙10⁶=6.4∙10^-10 c

t_ф = t_с = 3∙τ_α =3∙ 6.4∙10^-10=6.4∙10^-10=19.2∙10^-10 c< τ

Полученные значения не превышают заданных, следовательно, рассчитанные значения емкостей оставляем.

8. Рассчитаем время восстановления, то есть время заряда емкости С после окончания обратного переключения.

t_в = 4∙ R_к1 ∙С = 4∙1500 ∙0.2∙10^-6= 0.001 c=1 мс

t_п = Т - t_в=2∙τ- t_в=2∙2-1=3 мс

Если t_в значительно меньше t_п , то схема будет возвращаться в исходное состояние задолго до прихода следующего управляющего импульса.

9. Рассчитаем емкость разделительного конденсатора

С_р = Т / 6∙ (R₁ + R_и)

Где R_и - сопротивление источника входного сигнала (принять R_и = 1 кОм)

С_р = Т / 6∙ (R₁ + R_и)=2∙2∙10^-3/6∙(20000+1000)=3∙10^-7 Ф=0.1 мкФ

Рис. 3.2 Временные диаграммы ждущего мультивибратора

Задача 4. На вход схемы амплитудного модулятора, вольт-амперная характеристика нелинейного элемента которого задана уравнением подается напряжение несущей частоты f_н и звуковой частоты F_M c амплитудами U_m и U_M соответственно.

Определить коэффициент модуляции напряжения на контуре, добротность и параметры, при которых обеспечится прохождение АМ-колебания без искажений. Исходные данные приведены в табл. 7.5.

Изобразить принципиальную электрическую схему базового модулятора и показать амплитудно-частотные спектры входного и выходного напряжений.

Задача 4

Исходные данные:

f0=3МГц

FM=5КГц

L=350мкГн

Um=6В

UM=2В

Решение:

В соответствии с заданием обозначаем а₁=8, а₂=0.25 и находим в общем виде выражение для выходного тока:

где:

w0= 1.9*10^7 рад\с

М=31415,9265 рад\с

Упростим второе слагаемое:

Сгруппируем слагаемые, находящиеся возле несущей:

Из этой формулы определяем значение коэффициента модуляции:

m=0.125

Определим необходимое значение добротности::

Q=300

Параметры, при которых обеспечится прохождение АМ-колебания без искажений. При заданном значении емкости С определяем величину необходимой индуктивности.:

С=1\3,61*10^-14*350^-6=1.2635*10^-17 Ф=0,00001пФ

Изобразим принципиальную электрическую схему базового модулятора

Рис.1 Принципиальная электрическая схема базового модулятора.

Для построения амплитудно-частотного спектра входного и выходного сигналов рассчитываем амплитуды выходного сигнала на основной и боковой частотах:

im=3мА

Рис.2 Спектрограмма выходного сигналов.

Задача 5. На вход полупроводникового диодного детектора с характеристикой подано амплитудно-модулированное колебание

где U_m, ω₀ - амплитуда и угловая частота несущего колебания соответственно, Ω - угловая частота модулирующего колебания, m - коэффициент модуляции. Параметры сигнала и схемы приведены в табл. 7.6. Выбрать значение емкости С, включенной параллельно сопротивлению R нагрузки детектора, для осуществления фильтрации высокочастотных составляющих.

Рассчитать коэффициенты передачи детектора по постоянному и переменному токам, коэффициент нелинейных искажений продетектированного низкочастотного напряжения и коэффициент усиления детектора.

Исходные данные:

Um=3В

m=0.5

fн=4МГц

FM=4кГц

a0=5мА

a1=8мА\В

a2=0,1мА/В2

R=2кОм

Решение:

1. Определяем вид сигнала на выходе детектора в соответствии с заданной характеристикой.

распишем слагаемое при коэффициенте a₁:

распишем слагаемое при коэффициенте a₂:

где:

w0= 2.5132*10^ 7

=25132.7412

По проведенным расчетам записываем коэффициенты при различных гармонических составляющих:

+

i₀= 5*10^-3+0.1*10^-3*9(1\2+0.0625)=5.0625*10^-4=0.5мА

I= 0.45мА

i2=56.25мкА

i= 12мА

i=24мА

i=12мА

i=450мкА

i2=506.25мкА

i2=450мкА

i2=28.1мкА

i2=28.1мкА

Значение емкости С, включенной параллельно сопротивлению R нагрузки детектора, для осуществления фильтрации высокочастотных составляющих.

С=19,8943пФ

С=19,8943нФ

Выбираем С равным:

С=1,9894нФ

Из ряда Е6 стандартных емкостей, соответствующего допустимому отклонению ±20 %, выбираем:

С=2нФ

По заданному уравнению строим нелинейную характеристику диода:

Рис.1 Нелинейная характеристика диода.

Выбираем значение тока на середине линейного участка.

Коэффициент передачи детектора по постоянному току:

Коэффициент передачи детектора по переменному току:

Коэффициент нелинейных искажений продетектированного низкочастотного напряжения:

Определяем крутизну характеристики диода:

Подставим численные данные:

Коэффициент усиления детектора определяем как:

Литература

1.  Путилин В. Н, Бельский А.Я. Основы радиоэлектроники / Учебно-методическое пособие. – Минск, БГУИР, 2017. – 282 с.

2.  Нефедов, В. И. Основы радиоэлектроники и связи / В. И. Нефедов, А.С. Cигов. – М.: Высш. шк., 2009. – 735 с.

3. Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы / С. И. Баскаков. – М.: Высш. шк., 2000. – 462 с.

4. Першин, В. Т. Основы радиоэлектроники / В. Т. Першин. – Минск: Выш. шк., 2006. – 399 с.

5. Ткаченко, Ф. А. Электронные приборы и устройства: учебник для студ. вузов / Ф. А. Ткаченко. – Минск; М. : Новое знание : ИНФРА-М, 2011. – 682 с.

6. Дробот, С. В. Электронные приборы и устройства. Практикум: учеб. пособие / С. В. Дробот, В. А. Мельников, В. Н. Путилин. – Мн: БГУИР, 2009. –256 с.

7. Электронные приборы. Лабораторный практикум: учеб. -метод. пособие. В 2 ч. / А. Я. Бельский [и др.]. – Минск: БГУИР: Ч.2, 2007. – 99 с.

19