Лабораторная работа 4

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ АМПЛИТУДНОЙ МОДУЛЯЦИИ ТРАНЗИСТОРНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Цель работы: экспериментальное изучение регулировки модулированного высокочастотного транзисторного генератора при коллекторной амплитудной модуляции.

Методические указания по подготовке к работе

Передатчики с амплитудной модуляцией (АМ) применяются для телефонной связи, радиовещания, передачи телевизионных изображений, т.е. во всех диапазонах радиочастот. АМ можно осуществлять в любом из усилительных каскадов передатчика, если по закону сигнала информации менять фактор модуляции (т.е. причину, которая непосредственно вызывает изменение амплитуды колебаний в избранном для АМ каскаде). Каскад, в котором происходит преобразование сигнала информации в радиосигнал (модуляция), называется модулируемым. Если модулируемый каскад промежуточный, то все следующие за ним каскады передатчика работают в режиме усиления модулированных колебаний.

Энергетические и качественные показатели передатчика зависят от того, какое из питающих напряжений меняют при АМ. В транзисторных передатчиках различают два основных вида простой модуляции: модуляция смещением E_б - во входной цепи усилителя и модуляция коллекторная, при которой меняется напряжение питания коллекторной цепи E_к .

Модуляция смещением, при которой изменяется смещение на базе транзистора E_б в соответствии с сигналом информации, работа активного элемента происходит в недонапряженном режиме, т.е. схема имеет низкий КПД (η) и, кроме того, коэффициент модуляции m не должен превышать 0,6 - 0,7, чтобы не получить заметные нелинейные искажения. Поэтому этот вид AM применяется сравнительно редко в радио вещании и системах профессиональной связи. Но он выгоден, например, в телевидении, где видеосигнал имеет широкую полосу (6 МГц) и поскольку широкополосный моду­лятор легче выполнить маломощным, приходится мириться с низким КПД генератора.

При коллекторной модуляции модулирующее напряжение U_Ω=U_mΩcosΩt включают последовательно с постоянным напряжением питания коллекторной цепи E_к , определяющим режим молчания (т.е. режим при отсутствии модулирующего напряжения):

E_к(Ωt)=Е_к+ U_mΩcosΩt=E_к(1+ mcosΩt),

где m=U_mΩ / E_к .

AM на коллектор происходит в перенапряженной режиме с до­статочно высоким электронным КПД (η = 0,7), причем η не ме­няется при модуляции (при неизменном m), что является преимуществом этого вида модуляции по сравнению с модуляцией смеще­нием. Но поскольку в перенапряженном режиме велики входные токи, а следовательно, и большие мощности возбуждения и рассеивания, то режим транзистора является тяжелым, да и низок коэффициент усиления по мощности. Кроне того, необходимость иметь мощный модулятор - тоже существенный недостаток коллекторной модуляции.

Именно исследованию коллекторной модуляции и посвящена данная работа.

Описание лабораторной установки

Используемая схема с коллекторной AM представлена на рис. 4.1. Первый каскад на транзисторе VT2 является кварцевым зада­ющим генератором, собранным по осцилляторной схеме с кварцем между коллектором и базой. Частота колебаний равна 1 МГц. От задающего генератора напряжение высокой частоты подается на уси­литель мощности, собранный на транзисторе VT3. Усилитель мощности собран по параллельной- схеме питания коллекторной цепи (L2 - блокировочный дроссель, С5 - разделительная ем­кость) с П-фильтром (С1О , L8, С11), который одновремен­но является и цепью согласования между коллекторной цепью транзистора VT3 и базой транзистора VТ4 . Схема выходного (моду­лируемого) каскада подобна схеме усилителя мощности, разница состоит лишь в том, что последовательно с R6 включен допол­нительно последовательный контур L5, C6, настроенный на первую гармонику высокочастотных колебаний, что дополнительно повышает коэффициент фильтрации выходного контура (уменьшается напряжение высших гармоник на сопротивлении нагрузки R6). Конденсатор С6 является к тому же разделительным. Индуктивности L7 и L8 в базовых цепях являются блокировочными. Резистор R6 является нагрузочным сопротивлением выходного каскада (в реальной схеме это могут быть либо входное сопротивление следующего каскада, либо входное сопротивление антенного фидера, либо непосредственно сопротивление антенны) и равно это сопротивление нагрузки Rн=75 Ом (R6=75 Ом).

На транзисторе VT1 собрана выходная часть источника коллекторного питания с регулируемым напряжением (с помощью потенциометра R2 , изменяя напряжение на базе эмиттерного повторителя на транзисторе VT1 , меняют его выходное напряжение от 2 до 28 В). Это напряжение измеряется вольтметром РВ. Для измерения постоянной составляющей коллекторного тока модулируемого каскада включен миллиамперметр РА.. Кроме того, для измерения переменных напряжений как низкой (модулирующей) частоты, так и высокочастот­ных на выходе схемы включен милливольтметр B3-56, а для измерения коэффициента модуляции и наблюдения модулированных колебаний- осциллограф CI-99.

Рис. 4.1

Рис. 4.2

В качестве модулятора в схеме, используется генератор сигналов низкочастотный ГЗ-109.

Порядок выполнения работы

1. Включение исследуемой схемы производится лишь после тщательного ее изучения, твердого усвоения назначения всех деталей, приборов и органов управления. Вместе с включением макета необходимо включить ламповый вольтметр, осциллограф и генератор низкой частоты.

2. Снятие статической модуляционной характеристики (СMX) производится в положении тумблера “МОДУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ" "СТАТИЧЕСКАЯ", а тумблера "ИЗМЕРЯЕМОЕ НАПРЯЖЕНИЕ" - в положении "ВЫСОКОЧАСТОТНОЕ", С помощью потенциометра R2 "РЕГУЛИРОВКА ПИТАНИЯ" изменяется постоянное коллекторное напряжение E_k (от 2 до 28 В через каждые 2 В) и при этом измеряются значения постоянной составляющей коллекторного тока I_k0 и амплитуда переменного высокочастотного напряжения U_н на нагрузке R6(R_н) При этом модулирующее напряжение низкой частоты, снимаемое с генератора сигналов, равно нулю. По снятым зависимостям необходимо рассчитать подводимую мощность P₀=I_k0E_k полезную мощность в нагрузке P₁=U_н²/R_н, амплитуду первой гармоники тока в нагрузке I_н1=U_н/R_н и коэффициент полезного действия η=P₁/P₀.

Все снятые и рассчитанные значения свести в. табл.1 и по­строить по ним графики.

Таблица 1.

Ek,В	Uн, В	Ik0,мА.	Расчетные величины				Примечание
			P0, Вт	P1,Вт	Iн1,мА .	η , %
							Rн =75 Ом

На графике I_н1= f (E_k) или P₁=f(E_k) находится середина линейного участка CMX, т.е. значение E_k в режиме молчания (отсутствия AM) - Е_кном.

3. Снятие амплитудной модуляционной характеристики АМХ производится переводом тумблера "МОДУЛЯЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ” в положение "ДИНАМИЧЕСКАЯ”,а тумблера "ИЗМЕРЯЕМОЕ НАПРЯЖЕНИЕ" -в положение “НИЗКОЧАСТОТНОЕ”. Изменяя напряжение модулятора (генератор низкочастотный ГЗ-109) в пределах от 0 до 9В(через I В) при частоте 1000 Гц, измеряют значение переменного модули­рующего напряжения на коллекторе U_kΩ (с помощью милливольтмет­ра), а с помощью осциллографа определяются максимальное (А) и минимальное (В) значения размахов высокочастотных колебаний (рис.4.2) и рассчитывается коэффициент модуляции т=(а-b)/(А+в) _. Кроме того, необходимо рассчитать амплитудное значение перемен­ного напряжения на коллекторе U_mk= U_{kΩ .} Все данные экспе­римента и расчетов свести в табл.2 и построить по ним графики.

Таблица 2.

UkΩ ,B	Umk,B ^;	А,мм	B,мм	m,%	Примечание
					Ек=15B F=1000Гц Ik0=90мА

4. Снятие частотной модуляционной характеристики (ЧХМ) производится в тех же положениях тумблеров, как и в п.3, при этом изменяется частота модулирующего генератора низкой частоты при постоянной амплитуде в пределах от 50 до 10000 Гц. При изменении частоты ( F ) тем же способом определяется коэффици­ент модуляции m (с помощью осциллографа). Все данные экспери­мента и расчетов свести в табл.3 и построить по ним графики.

Таблица 3

F,Гц	А,мм	B,мм	m,%	Примечание
				UkΩ =4.6В

Содержание отчета

1. Принципиальная схема исследуемой установки.

2. Все требуемые выше таблицы и графики.

3. Краткие выводы по проделанной работе.

Литература

1. Радиопередающие устройства / Под ред. М.В.Благовещенского и Г.М.Уткина; М.: Радио и связь, 1982. 408 с.

2. Радиопередающие устройства / Под ред. В.В.Шахгильдяна ; М.: Радио и связь, 1990. С.255 - 263.

3, Шумилин.М. С, Головин 0.В.. Радиопередающие устройства,. М.: Высш. шк.,. 1981, 293 с.