ПОСОБИЕ ПО ЛАБАМ СФУ

2ω с = ω н .

(8.2)

Пусть ток в контуре ПУ изменяется по закону

i = I cos(ωct +ϕc )

(8.3)

Тогда заряд на емкости определяется выражением

q = ò i dt,

(8.4)

где Q = I ω c .

Если в синхронном режиме емкость изменяется по гармоническому

закону
C (t ) = C 0 [1 + m sin (ω н t + ϕ н ) ] ,			(8.5)
то в контур вносится сопротивление
râí = −	mρ	cosα,	(8.6)
2

где α = ϕн − 2ϕс – начальный фазовый сдвиг; т – коэффициент вариации емкости.

Всинхронном режиме ПУ обладает свойством фазовой

	избирательности: при синфазной	накачке α = 0		вносимое сопротивление
	отрицательно:
	rв н = −	m ρ	,	(8.7)
		2

а коэффициент усиления при ωс = ωр , определяемый выражением (8.1), максимален:

Ê = Q =	Q	;	(8.8)
ý	1−m mêð

при противофазной накачке α = π вносимое сопротивление положительно:

rв н = m ρ 2 ,

(8.9)

а коэффициент усиления минимален:

	Ê = Q =	Q	;	(8.10)
		1+m mêð
	ý
	при нейтральной накачке −α = π 2 ,			rвн = 0, К = Q . В выражениях
	(8.8) и (8.10) Q –добротность контура,		mкр – критический коэффициент
	вариации емкости:
	mкр = 2 Q .			(8.11)
	При т > mкр в параметрическом усилителе возникает генерация
	колебаний.
	В асинхронном режиме
	ωí = 2ωñ ± W.			(8.12)

Вносимое сопротивление и коэффициент усиления ПУ определяются выражениями

r = -		mρ			cos(Wt +α),			(8.13)
âí			2
Ê =						Q	.	(8.14)
				m		cos(Wt +α)
1-
				m
			êð

Как видно из (8.14), коэффициент усиления в асинхронном режиме является периодической функцией времени с периодом 2πW и принимает

значения в пределах

	Q	³ Ê ³		Q		(8.15)
					.
	1- m m			1+ m m
êð			êð

Описание лабораторной установки

Передняя панель сменного устройства установки для выполнения лабораторной работы представлена в лабораторной работе № 7. Используя переключатель “Режим работы”, осуществляют выбор необходимого режима.

В сменном устройстве находятся параметрический контур и несколько вспомогательных схем, реализующих возможности установки.

Параметрический контур собран по балансной схеме для исключения напряжения накачки на выходе.

Домашнее задание

1)Начертить принципиальную схему одноконтурного ПУ с варикапом.

2)Изобразить временные диаграммы i(t), q(t), C(t), определяемые

выражениями (8.3), (8.4), (8.5) для синхронного синфазного режима при ϕн = 0

и ϕс = 0 ; для синхронного противофазного режима при ϕн			= 0 и 2ϕс = π .
3)	Рассчитать и построить зависимость К (т/ткр)		для	α = 0,α = π		и
α = π 2	при ωс = ωр , задаваясь значениями т/ткр, равными 0;				0,1; 0,2;	...;
0,9; 1.
	æ f c		- f p	ö
4)	Привести частотные характеристики ПУ К çç			÷÷	для режимов
			f p
	è			ø

синхронной синфазной, противофазной и нейтральной накачки при т/ткр = 0,5,

предварительно рассчитав К при fc = f p и относительную полосу пропускания контура ПУ.

5) Изобразить амплитудные характеристики ПУ в синхронном режиме при т/ткр = 0,5 для α = 0, α = π и α = π2 .

6) Изобразить зависимость К(t) в асинхронном режиме при ωc = ωp .

Лабораторное задание и методические указания

1) Снять зависимость выходного напряжения от напряжения накачки Uвых (Uн ) при Е = -2В, Uн = 0,1 В, Uc = 20 мВ и fc = f p для а) режима синхронной синфазной накачки; б) режима синхронной противофазной накачки.

1.1) Собрать схему исследования. Подключить лабораторный генератор (выход «0,1–1В») к гнездам Г2, Y-вход осциллографа — к гнездам ГЗ, один

милливольтметр подключить к входным клеммам усилителя вертикального

отклонения осциллографа, другой использовать для измерения напряжений сигнала (гнезда Г5) и накачки (гнезда Г4).

Установить переключатель «Режим работы» в положение «Синхронное усиление».

1.2) Установить режим синхронной синфазной накачки, добиваясь

изменением фазы сигнала и частоты накачки максимума выходного напряжения при Е = = -2В, Uн = 0,1В, Uc = 20 мВ.

1.3) Снять зависимость Uвых (Uн ) , изменяя напряжение накачки от нуля до возникновения параметрической генерации.

Определить напряжение накачки, при котором возникает генерация, удобнее всего при работе установки в режиме «Генерация».

1.4. 1.4) Установить режим синхронной противофазной накачки,

добиваясь изменением фазы сигнала минимума выходного напряжения при Е =-2 В, Uн = 0,1 В, Uc = 20 мВ, .

Снять зависимость Uвых (Uн ) .

2)	Снять частотные характеристики параметрического усилителя
Uвых ( fc ) при Е =–2 В, Uc = 20 мВ для а) режима синхронной синфазной
накачки,	Uн = 0,1 В; б) режима синхронной противофазной накачки, Uн

= 0,1 В; в) Uн = 0.

При снятии частотных характеристик следует изменять частоту колебаний лабораторного ГВЧ, учитывая, что частота сигнала в два раза меньше частоты колебаний лабораторного ГВЧ. Желательно фиксировать частоты, соответствующие максимуму выходного напряжения – Uвыхmax и значениям 0,7 Uвых max , 0,5 Uвых max ,

0,2 Uвых max .

Следует на каждой частоте проверять выполнение условия α = 0

при синхронной синфазной накачке или при синхронной противофазной накачке, добиваясь изменением фазы сигнала максимума или минимума выходного напряжения.

3) По данным п. 2 лабораторного задания рассчитать эквивалентную добротность параметрического контура для всех режимов, определить

сопротивление	потерь
контура и сопротивление, вносимое в контур источником накачки.

4) Снять		амплитудные		характеристики	параметрического
усителя Uвых (Uc )	при	Е =–2 В,	Uн	= 0,1 ,В	для а) режима сихрной сифазной

накачки; б) режима синхронной противофазной накачки.

Зарисовать осциллограмму выходного напряжения.

4.1) Собрать схему исследования. Подключить лабораторный генератор звуковой и ультразвуковой частот к гнездам Г1, предварительно установив выходное сопротивление 5 Ом, лабораторный генератор высокочастотных колебаний (некалиброванный выход) — к гнездам Г2, Y-вход осциллографа — к гнездам ГЗ, вольтметры — к гнездам Г4 и Г5.

Установить переключатель «Режим работы» в положение «Асинхронное усиление». Установить режим исследования.

Изменяя частоту накачки, на экране осциллографа получить устойчивую осциллограмму выходного напряжения.

5) Наблюдать бигармонический режим усиления при Е = -2 В, fc = fp , Uc= =3мВ, Uн = 0,1 В, fн = 2 fc + F .

Указания к отчету

Отчет должен содержать:

1)принципиальную схему исследуемого параметрического усилителя;

2)таблицы с результатами эксперимента;

3)графики экспериментальных и расчетных зависимостей;

4)расчеты, выполненные в домашнем задании и при обработке экспериментальных результатов;

5)выводы и оценку полученных результатов.

Вопросы для самопроверки

1)Нарисуйте схему ПУ и поясните назначение ее элементов.

2)Поясните принцип работы параметрического усилителя.

3)В каком случае сопротивление, вносимое в контур источником накачки, будет отрицательным и максимальным по абсолютной величине?

4)Чем определяется коэффициент усиления ПУ в синхронном синфазном режиме?

5)В каком случае режим работы ПУ можно считать синхронным синфазным?

6)Запишите соотношения Мэнли и Роу. Для чего они используются?

7)Изобразите и объясните зависимость выходного напряжения от напряжения накачки для режима синхронного усиления.

8)Как изменится критическое значение коэффициента вариации емкости при увеличении напряжения смещения?

9)Изобразите и объясните частотные характеристики ПУ в синхронном режиме при различных соотношениях фаз напряжений сигнала и накачки.

10)Как на частотных характеристиках ПУ, снятых для синхронного режима, отразится изменение напряжения смещения?

11)Как влияет напряжение смещения на коэффициент усиления одноконтурного ПУ?

12)Изобразите и объясните амплитудные характеристики ПУ в синхронном режиме.

13)При каких условиях происходит возникновение колебаний в линейном параметрическом контуре?

14)Укажите области применения параметрических усилителей.

Библиографический список

1.Бакалов В.П., Воробиенко П.П., Крук Б.И. Теория электрических цепей. – М.: Радио и связь, 1998.

2.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Высшая школа, 1988.

3.Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь, 1986.

4.Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. Справочник – М.: Радио и связь, 1985.

5.Цифровые фильтры в электросвязи и радиотехнике /Под ред. Л.М. Гольденберга. – М.: Радио и связь, 1982.

6.Сиберт У.М. Цепи, сигналы, системы: в 2-х ч.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1988.

7.Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Руководство к решению задач. – М.: Высшая школа, 1987.

8.Жуков В.П., Карташев В.Г., Николаев А.М. Задачник по курсу “Радиотехнические цепи и сигналы”: Учеб. пособие для студентов вузов спец. “Радиотехника” – М.: Высшая школа, 1986.

9.Воробиенко П.П., Нечипорук О.Л. Дискретные цепи (системы) и сигналы. Учебное пособие. – Одесса.: ОЭИС, 1990.

Федеральное агентство по образованию Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет»

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ

Учебное пособие по циклу лабораторных работ

Красноярск 2007

Предисловие

Учебный курс «Радиотехнические цепи и сигналы» – РТЦиС, является одной из основных базовых дисциплин, обеспечивающих подготовку современных специалистов в области радиоэлектроники, определяющей технический прогресс фактически во всех областях науки, техники и производства. Это обусловлено тем, что с помощью различных радиотехнических систем и устройств решаются такие проблемы, как передача информации, извлечение информации из электромагнитных колебаний, обработка, хранение и отображение информации, передача команд на управляемые объекты, контроль и обеспечение функционирования различных измерительных и производственных процессов и комплексов.

Для получения представления о наиболее типичных операциях, которые необходимо выполнить при формировании и передаче информации,

в данном пособии рассматриваются вопросы построения и анализа типовых радиотехнических устройств, обеспечивающих реализацию требуемых операций для формирования, передачи и обработки информации.

Учебное пособие имеет практическую направленность и позволяет проводить как физические исследования, основанные на современном лабораторном оборудовании, так и выполнить предварительное компьютерное моделирование сигналов, основываясь на учебном пособии по практике и провести анализ работы отдельных устройств. Почти все проблемы, решаемые при этом, характерны для цепей и устройств, используемых в самых различных радиоэлектронных системах.

Выполнение физических лабораторных работ и проведение виртуальных исследований по тематике курса РТЦиС, способствуют формированию знаний и умений, а также приобретению опыта при:

–освоении теоретического материала курса;

–построении и использовании схем проведения эксперимента;

−определении различных статических и динамических характеристик;

−оценки результатов измерений, моделирования и др.;

При выполнении лабораторных работ используются как различные физические приборы, так и программные устройства бельгийской фирмы Velleman Instruments, позволяющие анализировать данные в режимах

осциллографа, анализатора спектра, генератора сигналов и др. в

операционной системе Windows. Предварительное компьютерное

моделирование сигналов и анализ работы отдельных устройств целесообразно проводить на основе канадского программного пакета

Electronics Workbench и программы Spectran, разработки кафедры

Радиотехники политехнического института сибирского федерального университета (ПИ СФУ).

В учебном пособии учтен и использован опыт других авторов и, в частности, [1], а также работы Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций и др.

Общая характеристика учебно-исследовательского лабораторного комплекса для анализа сигналов и цепей

Общий вид лабораторного комплекса со сменным блоком «АВТОГЕНЕРАТОРЫ» приведен на рис. 1.

3

2

1

4

8

5

6

7

а)

в)

Рис.1. Общий вид лабораторной установки и вспомогательного

оборудования

В составе комплекса:

∙персональный компьютер (ПК, на рисунке отсутствует);

∙лабораторная установка;