ПОСОБИЕ ПО ЛАБАМ СФУ

Рисунок 2.2 Графики, поясняющие режим работы транзистора

при получении гармонической модуляции смещением

Для оценки качества воспроизведения модулирующего сигнала огибающей АМ колебания удобно пользоваться статическими и динамическими модуляционными характеристиками.

Статическую модуляционную характеристику снимают без модуляции.

Она представляет собой зависимость первой гармоники коллекторного тока Iк1 или напряжения Uкm=Iк1Rэр на контуре от модулирующего фактора, например напряжения смещения Uб0, при постоянной амплитуде высокочастотных колебаний Uбm.

Статическая модуляционная характеристика используется для выбора режима модуляционного усилителя. Рабочую точку нелинейного элементы выбираются на середине линейного участка этой характеристики. По

статической модуляционной характеристике можно определить коэффициент нелинейных искажений огибающей АМ колебаний.

Динамическая модуляционная характеристика показывает зависимость коэффициента модуляции напряжения на контуре Мu от амплитуды модулирующего напряжения UΩ.

Домашнее задание

1)Начертить принципиальную схему, позволяющую осуществить базовую модуляцию в транзисторном усилителе.

2)Рассчитать и построить статическую модуляционную характеристику транзисторного усилителя с базовой модуляцией смещением при действии на входе высокочастотного колебания с частотой f=f*p и

амплитудой Uám = 0.7 и 0.4 В. Использовать кусочно-линейную аппроксимацию характеристики транзистора изображённой на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 Кусочно-линейная аппроксимация характеристики транзистора

3)Выбрать рабочие точки на построенных модуляционных характеристиках.

4)Рассчитать и построить по статическим модуляционным характеристикам зависимости коэффициента модуляции напряжения на контуре от амплитуды модулирующего напряжения.

Описание лабораторной установки

Лабораторная работа №2 выполняется на той же лабораторной установке, что и работа №1. Описание установки приведено на стр. 4. При

исследовании модуляции смещением внешнее высокочастотное гармоническое напряжения от ГВЧ подводится к гнездам Г1, а

низкочастотное модулирующее напряжение от генератора колебаний низкой частоты (ГНЧ) – к гнездам Г2.

Лабораторное задание и методические указания

1) Снять статическую модуляционную характеристику транзисторного

усилителя с модуляцией смещением при действии на входе высокочастотного колебания с частотой f = fp* и амплитудой:

a) Uбm=0,7 В; б) Uбm=0,4 В.

1.1) Подключить генератор высокочастотных колебаний к гнездам Г1, генератор низкочастотных колебаний к гнездам Г2, Y-вход осциллографа – к гнездам Г2, внешний вольтметр – к гнездам Г4.

Установить тумблеры Т1 и Т2 в положения 1, переключатели «Вольтметр» и «Осциллограф» - в положение «А». Переключателем «Ск», выставить значение емкости контура, принятое при выполнении домашнего задания в соответствии с номером бригады.

Установить выходное напряжение генератора низкочастотных колебаний равным нулю.

1.2) Изменяя частоту генератора при Uб0=0,8 В и Uб0=0,4 В, добиться

совпадения частоты высокочастотных колебаний с резонансной частотой контура, фиксируя частоту по максимуму напряжения на контуре.

1.3) Снять и построить зависимость Uкm от Uб0 при заданных амплитудах высокочастотных колебаний.

2) Снять динамическую модуляционную характеристику – зависимость коэффициента модуляции напряжения на контуре Мu от амплитуды модулирующего напряжения UΩ при f = fp*, частоте модуляции F=1Гц и амплитуде высокочастотных колебаний:

a) Uбm=0,7 В; б) Uбm=0,4 В.

Рабочую точку выбрать на середине линейного участка соответствующей статической модуляционной характеристики.

2.1) Установить необходимое смещение, частоту модуляции, амплитуду и частоту высокочастотных колебаний.

Перевести переключатель «Вольтметр» в положение Г2.

Установить амплитуду модулирующего сигнала приблизительно 0,2 В. Получить неподвижную осциллограмму АМ напряжения на контуре. 2.2) Изменяя амплитуду модулирующего напряжения, снять

зависимость Мu от UΩ. Коэффициент модуляции измерять по осциллограмме напряжения на контуре.

3) Заменив контур сопротивлением R=1к Ом, просмотреть и зарисовать осциллограммы коллекторного тока ik (t) = ukR(t) при f = fp*, частоте модуляции

F=1Гц, амплитуде высокочастотных колебаний Uбm=0,7 В и амплитуде модулирующего напряжения соответствующей Мu=50%.

Указания к отсчету

Отсчет должен содержать:

1)Принципиальную схему усилителя с модуляцией смещением;

2)Результаты расчетов, полученных при выполнении домашнего

задания;

3)Результаты экспериментального исследования, сведенные в

таблицы;

4)Графики статических и динамических модуляционных характеристик, полученных расчетных путем и экспериментально;

5)Выводы и оценку результатов эксперимента.

Вопросы для самопроверки

1)Что понимается под процессом модуляции?

2)Изобразите осциллограммы сигналов на входе и выходе модулятора.

3)Изобразите спектры сигналов: на входе и выходе модулятора.

4)Происходит ли преобразование спектра при модуляции?

5)Изобразить принципиальную схему транзисторного усилителя с базовой модуляцией.

6)Коэффициент модуляции.

7)Поясните физические процессы при модуляции смещением. Изобразите временные диаграммы, иллюстрирующие получение АМ колебаний.

8)Статическая модуляционная характеристика.

9)Динамическая модуляционная характеристика.

10)Чем следует руководствоваться при выборе рабочей точки модулируемого усилителя?

11)Возможно модуляцией смещением получить коэффициент модуляции, равный 100%?

12)Основное преимущество при получении модуляции смещением.

Лабораторная работа №3.

Детектирование АМ колебаний

Цель работы – исследование процессов, происходящих при детектировании амплитудно-модулированных колебании диодным детектором. В работе снимаются детекторные характеристики, измеряются входное сопротивления детектора, наблюдается осциллограммы напряжении при различных параметрах нагрузки .

Основные обозначения, расчетные формулы и определения.

Детектирование – это процесс, обратный модуляции: при детектировании АМ – колебании восстанавливается низкочастотный сигнал, управляющий амплитудой высокочастотных колебании. Детектор должен содержать нелинейный (параметрический) преобразователь, осуществляющий трансформацию спектра сигнала, и фильтр нижних частот, выделяющий низкочастотные компоненты . Принципиальная схема исследуемого диодного детектора дана на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1Принципиальная схема исследуемого диодного детектора.

Постоянная времени τ =RC – фильтра нижних частот выбирается так, чтобы обеспечить неискаженное воспроизведение огибающей АМ – колебаний и необходимое сглаживание высокочастотных пульсаций: 2π/ω0<<RC<<2π/Ω, где ω0 – несущая частота АМ – колебаний; Ω - наивысшая частота в спектре модулирующего сигнала.

Важными характеристиками амплитудных детекторов являются характеристики детектирования, под которыми подразумевают зависимости постоянной составляющей тока Iд или напряжения на выходе детектора

Uд=IдR от амплитуды высокочастотных колебаний или изменения модулируемого параметра.

При анализе работы диодного детектора следует учитывать, что к диоду приложено напряжения u = uâõ −uä .

Режим работы диодного детектора определяется амплитудой высокочастотных колебаний U: для слабых сигналов, наибольшая амплитуда которых не превосходит 0,1–0,2 В, имеет место квадратичное детектирования; для сильных сигналов, амплитуда которых не менее 1В, режим детектирования линейный.

При детектировании слабых сигналов можно считать, что uд≈ 0, u= uвх , а вольт–амперная характеристика диода приближенно аппроксимируется

степенным полиномом

i = a0 + a1u + a2u2

(3.1)

В этом случае характеристика детектирования имеет квадратичный характер:

Iд = a2 U2/2

(3.2)

Здесь U – амплитуда высокочастотных колебаний.

При квадратичном детектировании колебаний, амплитуда которых изменяется по закону:

u (t) = Um0 (1+ M cosΩt )			(3.3)
возникают нелинейные искажения; на выходе детектора появляется
колебание с частотой 2Ω и амплитудой	a 2M 2	U2m0	, коэффициент нелинейных
4

искажений kГ пропорционален глубине модуляции:

	kà =	I2Ω	=	M	(3.4)
		IΩ		4

При анализе работы диодного детектора в режиме сильных сигналов применяется кусочно-линейная аппроксимация вольтамперной

характеристики диода

ìS		U	при u > 0	(3.5)
i(u) = í			при u < 0
î	0

В этом случае увеличение амплитуды колебаний вызывает увеличение выходного напряжения Uд, а следовательно, и смещения, причем осечки θ остается величиной постоянной, зависящей только от параметров схемы:

	θ = 3			3π		,	(3.6)
				SR
характеристика детектирования линейна
Uд = Ucosθ							(3.7)
коэффициент передачи детектора
KÄ =	U Ä	= cosθ					(3.8)
	U

а выходное сопротивление линейного диодного детектора по первой гармонике

	RВХ =	R	(3.9)
		2

Домашнее задание

1) Изобразить принципиальную схему последовательного диодного детектора .

2)Оценить значение емкости нагрузки, при которой возможно

неискаженное детектирование АМ – колебаний частотой модуляции F=400 Гц и несущей частотой f0 = fp*. Принять R = R1*.

3)Изобразить качественно временные диаграммы входного АМ– напряжения uвх(t) на диоде u(t) и напряжение на нагрузке uвых(t) при:

а) правильно выбранной величине емкости нагрузки C;

б) слишком большой емкости нагрузки; в) при отсутствии емкости нагрузки.

4)Выполнить кусочно-линейную аппроксимацию вольтамперной характеристики полупроводникового диода, изображенной на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 Вольтамперная характеристика полупроводникового диода

5)Определить коэффициент передачи диодного детектора в режиме линейного детектирования.

6)Рассчитать входное сопротивление последовательного диодного детектора, если: а) R = R1*, б) R = R2*.

Описание лабораторной установки

Лабораторную работу выполняют на установке, описание которой приведено на стр. 9.

При исследовании процесса детектирования внешнее воздействие с несущей частотой f0, равной резонансной частоте контура fp* во входной цепи детектора, следует подавать на гнезда Г3 (смотри рисунок 1.3). С помощью тумблера Т3 к контуру Lк Cк подключается либо детектор (положение 1), либо эквивалентное сопротивление замещения детектора Rэк (положение 2). Значение сопротивления Rэк изменяется переключателем «Rэк кОм». Сопротивления Rэк подключается к контуру при измерении входного

сопротивления детектора. Тумблеры Т4 иТ5 позволяют изменять сопротивление и емкость нагрузки детектора .

Лабораторное задание и методическое указание

1) Снять зависимость низкочастотного напряжения на входе детектора от амплитуды напряжения несущей на выходе детектора (на контуре Lк,Cк) Um0 при постоянной глубине модуляции M=30% модулирующей частоте

F=400 Гц и несущей частоте f0 = fp* для двух случаев:

а) R = R1*, C = С1* ;

б) R = R2*, C = С2*.

1.1) Подключить генератор высокочастотных колебаний (выход 0,1 – 1 В) к гнездам Г3 милливольтметр – к гнездам Г4,Y – выход осциллографа – к гнездам Г5 .

Установить тумблеры Т2 и Т3 в положении 2 и 1 соответственно, позволяющие исследовать диодный детектор? переключатель Cк, тумблеры Т4 и Т5 - в положения, соответствующие варианту бригады и нагрузке диода; переключатели «Вольтметр» и «Осциллограф» - в положение «Б», позволяющее измерять и наблюдать напряжение на выходе детекторе (см. 1.3).

1.2) Получить на входе детектора АМ – сигнал с параметрами f0 = fp*= 400 Гц, М=30% и Um0=0,3 В, использовать внутреннюю модуляцию ГВЧ. Изменяя частоту, добиться резонанса в контуре Lк,Cк. Учесть, что при резонансе напряжение на входе детектора достигает максимума.

1.3) Снять зависимость Uвых от Um0, изменяя напряжения на входе детектора с помощью выходного аттенюатора ГВЧ и измеряя измерителем выхода ГВЧ.

2) Снять зависимость низкочастотного напряжения на входе детектора от коэффициента модуляции на входе при Um0 = 1В для двух случаев:

а) R = R1*, C = С1* ;

б) R = R2*, C = С2*.

Коэффициент модуляции напряжения на входе детектора измерять с помощью модулометра ГВЧ.

3) Просмотреть и зарисовать осциллограммы напряжений Uвх (t), Uвых (t), U(t) для следующих случаев:

а) R = R1*, C = С1* ;

б) R = R2*, C = С2*;

в) R = R2*, C = С1* ;

г) R = R1*, C = С2*.

Для этого переключатель «Осциллограф» следует устанавливать в положения А, Б, АБ.

4) Измерить входное сопротивления последовательного диодного

детектора методом замещения для двух значений сопротивления нагрузки:

а) R = R1*;

б) R = R2*.

На входе детектора в точке А установить немодулированного напряжения Um0 = 1 В. Подключить эквивалент входного сопротивления детектора Rэк , переведя тумблер Т3 в положении «2»; подобрать величину Rэк так, чтобы напряжения в точке А было бы равно первоначально выставленному значению.

Указания к отсчету

Отсчет должен содержать:

1)принципиальную схему последовательного диодного детектора;

2)расчеты, графики и рисунки, полученные при выполнении домашнего задания;

3)результаты экспертного исследования в виде таблицы и графика;

4)осциллограммы напряжений в различных точках схемы и при различных параметрах нагрузки, согласованные во времени и по напряжению;

5) выводы и оценку полученных результатов.

Вопросы для самопроверки

1)Чем определяется режим работы диодного детектора?

2)Почему принято разделять детектирование сильных и слабых

сигналов

3)Приведение принципиальную схему последовательного диодного детектора, поясните назначение всех элементов схемы?