3. Описание лабораторной установки.

Установка состоит из следующего оборудования:

1. УНЧ ТП «Сапфир – 401» 1 шт.

2. Генератор ГЗ – 33 1 шт.

3. Осциллограф 1 шт.

4. Ламповый милливольтметр 2 шт.

5. Магазин сопротивлений 1 шт.

6. Вольтметр постоянного тока 1 шт.

7. Амперметр постоянного тока 1 шт.

8. Измеритель нелинейных искажений С6–7 1 шт.

Рис. 2.1 Принципиальная схема УНЧ.

4. Порядок выполнения работы.

4.1. Определение амплитудной характеристики УНЧ:

а) Собрать установку по схеме, представленной на рис. 2.2 ( ).

б) Установить частоту сигнала на выходе генератора равной 1 кГц.

в) Уровень выходного напряжения генератора установить на 0.

г) Подключить все приборы установки к сети 220 В и включить их.

д) Снять зависимость , контролируя форму выходного напряжения по осциллографу. При появлении существенных искажений формы выходного напряжения прекратить увеличение уровня входного напряжения.

е) Построить амплитудную характеристику УНЧ.

ж) Определить динамический диапазон усилителя.

Рис. 2.2 Структурная схема установки для исследования УНЧ.

4.2. Определение амплитудно-частотной характеристики УНЧ ( ):

а) Установить уровень напряжения на входе УНЧ примерно равным значению, лежащему в середине прямолинейного участка амплитудной характеристики.

б) Поддерживая постоянным напряжение на входе УНЧ, изменять частоту сигнала в пределах от 20 ГЦ до 20 кГц, измеряя при этом уровень напряжения на выходе УНЧ.

в) Построить амплитудно-частотную характеристику УНЧ (частоты откладывать в логарифмическом масштабе).

г) Определить коэффициент частотных искажений при =100 Гц и =10 кГц.

д) Определить полосу пропускания усилителя на уровне -3 дБ.

4.3. Определение максимальной выходной мощности усилителя:

а) Установить частоту выходного сигнала равной 1 кГц.

б) Увеличить уровень напряжения на входе УНЧ до появления заметных искажений формы выходного напряжения (искажения оцениваются визуально по осциллографу). Измерить величину этого напряжения.

в) Определить уровень максимальной мощности неискаженного сигнала ( =12 Ом).

4.4. Определение входного сопротивления усилителя:

а) Установить частоту сигнала на входе УНЧ равной 1 кГц.

б) Установить уровень напряжения на входе УНЧ близким к верхней границе его динамического диапазона.

в) Установить сопротивление магазина равным 0. Измерить напряжение на выходе УНЧ.

г) Увеличивать величину сопротивления магазина до тех пор, пока напряжение на выходе УНЧ не станет равным половине напряжения, определенного в п. 3. При этом величина сопротивления магазина будет равна входному сопротивлению усилителя.

д) Определить мощность , потребляемую усилителем от источника входного сигнала.

е) Определить коэффициент усилителя по мощности .

4.5. Определение к.п.д. каскада:

а) Измерить напряжение источника питания УНЧ (гнездо «21») при включенной перемычке «19» – «21».

б) Измерить величину тока, потребляемого от источника питания. Для этого вместо перемычки «19» – «21» включить амперметр.

в) Определить коэффициент полезного действия УНЧ, используя результаты измерений 4.5.1, 4.5.2 и данные п. 4.3.

4.6. Определение коэффициента нелинейных искажений при =100 Гц и =10 кГц, = 40 мВ.

5. Содержание отчета.

1. Структурная схема установки.

2. Принципиальная схема УНЧ.

3. Результаты измерений и расчетов по пп. 1 4, графики амплитудной и амплитудно-частотной характеристик.

Лабораторная работа № 3.

Исследование частотного детектора.

1. Цель работы.

Изучение принципа действия и экспериментальное определение основных характеристик детектора отношений.

2. Теоретические сведения.

Для передачи сигналов звукового сопровождения в ТП используется частотная модуляция. При модуляции несущего колебания сигналом с частотой выражение для частотно-модулированного напряжения имеет вид:

,

где – амплитуда несущего колебания; – несущая частота; – частота модуляции; – амплитуда изменения несущей частоты под действием модулирующего сигнала, или как ее называют, девиация частоты.

Отношение девиации частоты к частоте модуляции называют индексом модуляции. Он играет при частотной модуляции ту же роль, что и коэффициент модуляции при амплитудной модуляции.

Применение частотной модуляции (ЧМ) для передачи сигналов звукового сопровождения в ТП обусловлено следующими причинами.

В отличие от приемника амплитудно-модулированных сигналов (АМ), ЧМ приемник чувствителен только к фазовым искажениям принимаемого сигнала, возникающим из-за действия амплитудных помех. Однако последние значительно меньше амплитудных, поэтому при одинаковом отношении сигнал/помеха на входах ЧМ и АМ приемников на выходе ЧМ приемника это отношение оказывается значительно выше.

Динамический диапазон звука при АМ существенно ограничен тем, что глубина модуляции АМ передатчиков не может быть больше 90%, а нижний предел – меньше 5%. Таким образом, максимальная амплитуда сигнала низкой частоты превышает минимальную в восемнадцать раз (90:5), т.е. примерно на 25 дБ. Такой динамический диапазон недостаточен для качественного воспроизведения звука. При ЧМ отношение сигнал/помеха зависит от девиации частоты , поэтому динамический диапазон может быть увеличен до 40 дБ и более.

При ЧМ мощность, излучаемая передатчиком, приходится главным образом на боковые полосы, несущие полезную информацию о передаваемом сигнале. В случае АМ даже при 100% модуляции половина излучаемой мощности приходится на несущую частоту, которая играет лишь вспомогательную роль в приеме передаваемого сигнала. Поэтому передатчики с ЧМ экономичнее в работе, чем АМ передатчики.

Таким образом, ЧМ имеет ряд существенных преимуществ перед АМ, в связи с чем и нашла широкое применение для передачи звука в телевизионных системах связи.

В настоящее время известно большое число различных схем частотных детекторов. Однако в транзисторных приемниках наибольшее применение нашли две схемы: частотный дискриминатор с фазовым детектированием и детектор отношений (дробный частотный детектор).

Схемы первого вида весьма чувствительны к изменению амплитуды входного напряжения, в связи с чем они применяют лишь при наличии специального ограничителя амплитуды.

Схемы второго вида могут быть использованы при наличии паразитной амплитудной модуляции сигнала. Это уменьшает количество каскадов в схеме (нет ограничителя), но подавление паразитной модуляции в данном случае оказывается хуже, чем в первом варианте.

В телевизионном приемнике «Сапфир – 401» используется второй вариант частотного детектора, поэтому в дальнейшем рассматривается только принцип действия детектора отношений.

Схема исследуемого детектора отношений приведена на рис. 3.1. Устройство представляет собой систему связанных контуров и , настроенных на частоту , и два обычных амплитудных детектора на диодах VD1 и VD2.

Рис. 3.1 Принципиальная схема детектора отношений.

Подавление паразитной модуляции происходит вследствие изменения входного сопротивления детекторов при изменении амплитуды входного сигнала, что вызывает изменение добротности первичного контура и приводит к выравниванию напряжения, снимаемого на детектор.

Напряжение в цепи каждого из диодов представляет собой сумму напряжений на дополнительной катушке индуктивности и падение напряжения на половине катушки , обусловленного током контура . Катушки и индуктивно связаны с , поэтому наведенные в них э.д.с. всегда совпадают по фазе.

Напряжение на , если пренебречь ее активным сопротивлением, по фазе всегда сдвинуто на по отношению к вызвавшему его контурному току, а фазовый сдвиг между напряжением на и зависит от соотношения между частотой входного сигнала и частотой настройки контура .

Если частота входного сигнала совпадает с частотой настройки контура , тогда его сопротивление будет чисто активным, контурный ток по фазе при этом совпадает с вызвавшей его э.д.с. и, следовательно, падение напряжения на будет сдвинуто на по отношению к э.д.с. на , наведенной из первичного контура. Напряжения, действующие в цепях диодов VD1 и VD2, при этом оказываются одинаковыми (см. рис. 3.2а), в результате напряжения на конденсаторах и также будут одинаковыми. Если при этом и , то токи разряда конденсаторов и будут равны и, поскольку они протекают в противоположных направлениях через , напряжение на выходе детектора будет равно 0.

Рис. 3.2 Векторные диаграммы ФД.

В случае, когда частота входного сигнала отличается от резонансной частоты контура , сопротивление контура оказывается комплексным, фазовый сдвиг между контурными токами и вызвавший его э.д.с. будет отличен от , соответственно, будет не равен и фазовый сдвиг между напряжениями на и (см. рис. 5.2б). В результате напряжение в цепях диодов VD1 и VD2 будут различными и на входе детектора появляется напряжение, величина и знак которого зависят от величины и знака расстройки частот входного сигнала по отношению к резонансной частоте контура.

Детекторная характеристика каскада, представляющая собой график зависимости , представлена на рис. 3. Завал характеристики при больших отклонениях частоты входного сигнала от объясняется избирательными свойствами контуров и .

Рис. 3.3 Детекторная характеристика.

Назначение остальных элементов схемы следующее. Фильтр служит для предотвращения проникновения пульсации промежуточной частоты на вход УНЧ. является регулятором громкости. Сопротивление служит для подавления резонанса в цепи катушки и для сглаживания импульсов тока, возникающих при воздействии импульсных помех.