Ограничение колебаний.

Цель работы: изучение принципиальных схем ограничителей мгно­венных и амплитудных значений колебаний и исследование их характери­стик; приобретение навыков экспериментального исследования преобразо­ваний сигналов в нелинейных безынерционных цепях.

Описание лабораторной установки.

В лабораторной работе исследуется транзисторный ограничитель мгновенных значений и транзисторный ограничитель амплитудных значе­ний.

На рис.3.1 изображена электрическая схема исследуемого ограничите­ля колебаний.

Рис. 3.1. Схема ограничителя.

В качестве нелинейного элемента используется полевой транзистор VТ1. Нагрузку транзистора можно менять: при нажатии кнопки "R" на­грузкой транзистора служит резистор R, и мы имеем возможность иссле­довать ограничитель мгновенных значений; при нажатии кнопки "LС" в выходную цепь транзистора включается параллельный колебательный контур LС, и мы имеем возможность исследовать ограничитель амплитуд­ных значений.

Гнезда 4, 5 используются для подключения осциллографа. При вы­полнении лабораторной работы наблюдается форма сигнала на входе транзистора (гнездо 4), на его выходе (гнездо 5). Амплитуда выходного тока транзистора измеряется миллиамперметром, который находится на лице­вой панели лабораторного макета. Диод VD1, конденсаторы с_н резистор R_н не входят в состав ограничителя и используются с целью измерения выходного тока транзистора (кнопки 3, 30, 300 должны быть отжаты).

В лабораторной работе используется генератор низкочастотных гар­монических колебаний и осциллограф.

Напряжение смещения, как в схеме транзисторного ограничителя мгновенных значений, так и в схеме транзисторного ограничителя ампли­тудных значений регулируется ручкой "смещение" на лицевой панели ла­бораторного макета.

Вольтметр, расположенный на лицевой панели, показывает значение напряжения смещения (отрицательное).

Лабораторное задание.

1. Исследовать транзисторный ограничитель мгновенных значений.

2. Исследовать транзисторный ограничитель амплитудных значе­ний.

Методические указания.

1. Исследовать транзисторный ограничитель мгновенных значений.

1.1. Включить лабораторную установку и блок №1 лабораторной ус­тановки. Включить измерительные приборы. Нажатием кнопки "R" вклю­чить в выходную цепь транзистора нагрузку R.

1.2. Снять и построить вольтамперную характеристику (ВАХ) тран­зистора.

Для снятия ВАХ транзистора необходимо изменять напряжение смещения Е_см от 0 до 3 через 0,2 В (вольтметр показывает отрицательные напряжения). Для каждого показания миллиамперметра, показывающего значение тока при нажатой кнопке, расположенной в правой нижней части задней стенки лабораторной установки. Результаты измерений тока зане­сти в таблицу 1.1

Таблица 3.1.

Есм,В	0	-0,2	-0,4	-0,6	-0,8	…….	-2,4	-2,6	-2,8	-3
I,мА

По табличным данным построить ВАХ.

1.3. Получить выходной сигнал без ограничения.

1.3.1.По построенной ВАХ определить значение напряжения смеще­ния Е_см, которой соответствует середине линейного участка ВАХ. По той же характеристике определить максимальную амплитуду входного напря­жения, которая не выходит за пределы линейного участка ВАХ.

1.3.2.Подключить генератор НЧ к входному гнезду 3 транзисторного ограничителя. На генераторе установить частоту 14 кГц и выходное на­пряжение, определенное по ВАХ. Установить напряжение смещения Е_см, выбранное по ВАХ,

1.3.3.Соединить вход Y₁ осциллографа с гнездом 3, а вход Y₂ с гнез­дом 5. Синхронизация осциллографа в режиме "вход 1".

1.3.4.Зарисовать одну под другой полученные осциллограммы на входе и выходе ограничителя и записать напряжение смещения и амплиту­ду напряжения генератора.

1.4. Получить ограничение снизу.

1.4.1. По ВАХ определить значение напряжения смещения Е_см, кото­рое соответствует нижнему загибу ВАХ.

1.4.2. Ручкой Е_см установить найденное значение напряжения сме­щения.

1.4.3. Значения частоты и амплитуды выходного сигнала генератора НЧ оставить такими же, как в п. 1.3.1.

1.4.4. Зарисовать полученные осциллограммы, и записать напряжения смещения на выходе генератора.

1.5. Получить двустороннее ограничение.

1.5.1. Ручкой Е_см установить напряжение смещения, соответствую­щее середине линейного участка ВАХ.

1.5.2. На генераторе НЧ установить амплитуду выходного сигнала в несколько раз больше, чем в п. 1.3.

1.5.3. Плавно изменяя напряжение смещения добиться симметрично­го ограничения синусоидального колебания как сверху, так и снизу.

1.5.4. 3арисовать полученные осциллограммы и записать напряжения смещения и на выходе генератора.

2. Исследовать транзисторный ограничитель амплитудных значений.

2.1. Нажатием кнопки "LС" включить в выходную цепь транзистора LС колебательный контур.

2.2.Установить напряжение смещения Е_см, соответствующее середи­не прямолинейного участка ВАХ.

2.3. Подключить к гнезду 3 вход Y₁ осциллографа, к гнезду 5 подключить Y₂.

2.4. Оставив подключенным к гнезду 3 генератор низкой частоты, ус­тановить на его выходе амплитуду колебаний 0,5В. Изменяя частоту ГНЧ от 11 до 17 кГц, добиться резонанса в контуре по максимуму амплитуды выходного сигнала на экране осциллографа. Значение частоты f_р записать.

2.5. Снять и построить амплитудную характеристику ограничителя амплитудных значений.

2.5.1. Установить напряжение, смещения Е_см, соответствующее сере­дине линейного участка ВАХ.

2.5.2. Оставив подключенным к гнезду 3 ГНЧ, установить f_р. Изменяя входное напряжение U_вх от 0 до 5В через 0,4В. Для каждого U_вх регистри­ровать показания миллиамперметра, показывающего значение амплитуды тока, которые будут пропорциональны напряжению на контуре. Результа­ты измерений занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Uвх,В	0	0,5	1	1,5	2	…….	3,5	4	4,5	5
I,мА

По табличным данным построить амплитудную характеристику ог­раничителя I=f(U_вх).

2.6. Наблюдать и зарисовать полученные осциллограммы при различных режимах работы транзистора.

2.6.1. Установить напряжение смещения Е_СМ, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

2.6.2. Оставив подключенным к гнезду 3 ГНЧ, установить f_р и амплитуду выходного напряжения, найденное п. 1.3.1.

2.6.3. Соединить входы “Y₁” и “Y₂” осциллографа с гнездами 3 и 5 лабораторной установки.

2.6.4. Зарисовать полученные осциллограммы.

2.6.5. Установить напряжение смещения Е_СМ, соответствующее нижнему загибу ВАХ.

2.6.6. Зарисовать полученные осциллограммы.

2.6.7. Установить напряжение смещения Е_СМ, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

2.6.8. Установить амплитуду выходного напряжения в 2 раза больше, чем в п. 2.6.2.

2.6.9. Зарисовать полученные осциллограммы.