Лабораторное задание.

1. Собрать схему лабораторной работы, установить электрический режим умножителя и определить резонансную частоту колебательного контура.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза, и исследовать за­висимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

Методические указание.

1. Собрать схему лабораторной установки, установить электриче­ский режим умножителя и определить резонансную частоту колебательно­го контура.

1.1. Включить лабораторную установку и измерительные приборы.

1.2. Соединить выход генератора НЧ (незаземленная клемма) со вхо­дом 1 умножителя частоты.

1.3. Включить колебательный контур LC в качестве нагрузки тран­зистора, для этого нажать правую кнопку переключателя нагрузок.

1.4. Установить напряжение смещения Е_см, =2 В.

1.5. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой U=0,5В по измерительному прибору генератора НЧ с частотой f = 16 кГц.

1.6. Подключить вход Y₁ осциллографа к гнезду 1, а вход Y₂ к гнезду 5 умножителя частоты. Синхронизация осциллографа осуществляется в режиме " внутр. 1".

1.7. Получить в верхней части экрана осциллографа осциллограмму входного колебания, а в нижней- выходного. Осциллограммы должны со­держать по 2-3 колебания (периода).

1.8. Вращая ручку установки частоты ГНЧ добиться наибольшей ам­плитуды выходного колебания. При точной настройке в резонанс сдвиг фаз между верхней и нижней осциллограммами равен нулю.

1.9. Записать значение резонансной частоты со шкалы установки ге­нератора.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

2.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф, и включить резистор R в качестве нагрузки транзистора на­жатием левой кнопки переключателя нагрузок транзистора.

2.2. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, равной резонансной частоте колебательного контура.

2.3. Изменяя напряжение от 0 до 3 В наблюдать изменение формы колебаний на выходе схемы. При напряжении смещения Е_см=1В выход­ное колебание близко по форме к гармоническому. При увеличении на­пряжения до 3В происходит ограничение (отсечка) колебания. Графики, поясняющие процесс ограничения, показаны на рис.4.2.

Рис. 4.2. Процесс ограничения.

Для определения угла отсечки  в градусах по осциллограмме вы­ходного колебания требуется измерить в клетках шкалы экрана осцилло­графа интервалы Т и . Угол отсечки определяется соотношением

(4.1)

2.4. Изменяя напряжение смещения выполнить 10-12 измерений угла отсечки. Диапазон изменений напряжения смещения определяется измене­нием угла отсечки от 180° до  ° (Е_см=1..3В, шаг выбирается равным 0,1... 0,2В). Данные измерений величин и Т занести в таблицу 4.1. Таблицу дополнить расчетом углов отсечки, выполненных по соотношению (4.1).

Таблица 4.1.

Есм,В	1	-1,2	-1,4	-1,6	-1,8	…….	-2,4	-2,6	-2,8	-3
Т



Построить график зависимости угла отсечки от напряжения смещения.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза и исследовать за­висимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

3.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, в 2 раза меньше резонансной частоты колебательного контура LC.

3.2. Включить колебательный контур LC в качестве нагрузки транзи­стора и плавно уменьшая напряжение смещения от 5В, добиться макси­мального значения амплитуды исследуемой гармоники. Построить частоту генератора НЧ для более точной настройки в резонанс.

3.3. Зарисовать одну под другой осциллограммы колебаний на входе и выходе умножителя частоты. Записать напряжение смещения и величину амплитуды входного напряжения.

3.4. Подготовить таблицу для записи результатов измерений и расче­тов (табл.4.2).

Таблица 4.2.

Коэффициент умножения n=fвых/fвх=2
Есм,В	3	2,8	2.6	……………..		1,6	1,4	1,2	1
Un(B)
Umax(B)

n

3.5. Определить границы изменения напряжения смещения, между которыми происходит явление умножения частоты.

3.5.1. Перемещая ручку регулятора смещения вправо, определить и записать напряжение смещения- Е_макс, при котором амплитуда исследуе­мой гармоники становится равной нулю.

3.5.2. Плавно перемещая ручку регулятора смещения влево наблю­дать изменение амплитуды исследуемой гармоники и определить напря­жение смещения- Е_мин, при котором вновь амплитуда становится равной нулю.

Примечание: для второй гармоники величина Е_мин определяется по исчезновению колебания с наименьшей амплитудой. Обратите внимание на то, что при умножение частоты в 2 раза в осциллограмме наблюдается колебания с разной амплитудой.

3.6. Изменяя напряжение смещения от - Е_макс до Е_мин с шагом 0,1 ...0,2В определить и записать в таблицу амплитуду исследуемой гар­моники U_n и амплитуду импульсного напряжения. Величина U_n измеряет­ся в клетках экрана осциллографа по вертикали при использовании в каче­стве нагрузки транзистора колебательного контура LC, а величина U_max - при использовании резистора R. При каждом значении напряжения сме­щения необходимо измерять поочередно обе величины. Величины град  и _n определяются при составлении отчета.

Метод расчета коэффициента угла отсечки.

Коэффициент угла отсечки равен: _n= I_n/I_max , (4.2)

где I_max - максимальное значение тока, протекающего через нелинейный элемент (транзистор);

I_n - амплитуда “n”^ой гармонической составляющей тока.

Вместо измерений значений I_max и I_n в лабораторной работе измеряются пропорциональные им значения напряжений U_max и U_n. При измерении U_max нагрузкой транзистора служит резистор R, паде­ние напряжения на котором

U_max = I_max R . (4.3)

При измерении амплитуды I_n “n”^ой гармоники коллекторного тока используется колебательный контур. Гармоническая состав­ляющая тока, частота которой совпадает с резонансной частотой контура, создает на нем падение напряжения

U_n = I_n R_ое , (4.4)

где R_oe - активное сопротивление колебательного контура при резонансе.

С учётом выражений (2.3) и (2.4) коэффициент угла отсечки можно определить следующим образом:

. (4.5)

Численное значение коэффициента пропорциональности К может быть определено при обработке экспериментальных данных.

Коэффициент К в соотношении 2.5 может быть определен по экспе­риментальным данным пп. 3.2-3.6. В результате их выполнения становятся известны значения U_max и U_n в режиме работы без отсечки (=180°). Составляя их отношение и учитывая, что при (=180°), из соотношения (4.5) получим

К = U_max / U_n при =180° (4.6)

Значение угла отсечки определяется по графику, построенному по результатам таблицы 4.1.

Содержание отчета. Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему исследуемого умножителя частоты.

2. Таблицу 2.1 измерений и график зависимости _n ( ).

3. Выводы о степени совпадения экспериментальных результатов определения зависимости _n( ) с теоретическими.