- •Учебно-методический комплекс
- •Специальность
- •210300.62 - Радиотехника
- •3.5. Методические указания к выполнению лабораторных работ Общие указания
- •Охрана труда и тб
- •Библиографический список
- •Лабораторная работа 1
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 2 исследование дифференцирующей и интегрирующей цепей
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа 3 исследование функций распределения и плотностей вероятности значений случайных сигналов
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 4 исследование характеристик частотно-избирательных цепей на основе колебательных контуров
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •Лабораторная работа 5
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 6 исследование прохождения частотно-модулированных колебаний через колебательный контур
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 7 синтез сигналов по дискретным отсчетам котельникова
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 8 радиотехнические устройства с обратной связью
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •Примеры радиотехнических устройств с обратной связью
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 9 нелинейное резонансное усиление и умножение частоты
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 10 амплитудная модуляция
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 11 детектирование амплитудно-модулированного сигнала
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •Лабораторная работа 12 исследование автогенератора гармонических колебаний
- •1. Цель работы
- •2. Основные теоретические положения
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Методика выполнения работы
- •5. Содержание отчета
- •3.6. Методические указания к выполнению практических занятий
- •Практическое занятие № 1 Определение спектральной плотности для различных сигналов
- •Практическое занятие № 2 Определение корреляционных функций для детерминированных сигналов
- •Практическое занятие № 3 Определение параметров ам- сигналов
- •Практическое занятие № 4 Синтезирование фильтров низкой частоты с помощью активных цепей
- •Содержание
- •Малинин Сергей Иванович Токарев Владимир Семенович радиотехнические цепи и сигналы
- •191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д. 5
5. Содержание отчета
Отчет должен содержать:
1) функциональную схему устройства для синтеза сигналов по дискретным отсчетам Котельникова;
2) частотные и импульсные характеристики ФНЧ 1 и 2 и идеального ФНЧ;
3) графики всех выборочных сигналов;
4) осциллограммы всех выборочных и синтезированных сигналов в одинаковом временном масштабе;
5) спектры выборочных сигналов;
6) выводы и оценку полученных результатов.
Литература: [1], с. 116 – 120; [2], с. 74-78
Лабораторная работа 8 радиотехнические устройства с обратной связью
1. Цель работы
Исследование влияния обратной связи (ОС) на коэффициент передачи и частотные характеристики активного радиотехнического устройства. Рассматриваются влияние обратной связи на формирование АЧХ и ФЧХ устройства и ослабление нелинейных искажений и помех с помощью отрицательной обратной связи (ООС).
2. Основные теоретические положения
Радиотехнические устройства, в которых выходной сигнал или некоторая его часть снова подаются на вход, называют устройствами, или цепями, с обратной связью. Обратная связь широко используется в радиоэлектронике и в системах автоматического управления. Введение ОС, с одной стороны, позволяет в ряде случаев существенно улучшить рабочие характеристики устройства, создать цепи с новыми свойствами (отрицательное сопротивление, гиратор — искусственная индуктивность, гребенчатый фильтр); с другой - при определенных условиях приводит к неустойчивости устройства — в цепи возникают автоколебания. Так построены различные автоколебательные системы, прежде всего генераторы гармонических колебаний, являющиеся неотъемлемым элементом любого радиопередающего устройства.
Иногда ОС возникает вопреки намерениям разработчика устройства из-за неучтенных электромагнитных связей между входными и выходными цепями. Такая ОС называется паразитной.
Рис. 8.1
Коэффициент передачи устройства с ОС. Выясним, как связан комплексный коэффициент передачи устройства, охваченного ОС, с коэффициентами передачи КПП и КОС. Пусть s1(t) — сигнал на входе (т. е. после суммирующего устройства) КПП, а s2(t) — сигнал на выходе КОС. Поставим в соответствие показанным на рис. 8.1 сигналам как функциям времени спектральные функции; в силу линейности преобразования Фурье спектральные функции, или спектры, в различных точках схемы рис. 8.1 связаны друг с другом следующим образом:
, (8.1)
, (8.2)
. (8.3)
Исключим из системы уравнений (8.1) – (8.3) спектры сигналов s1(t) и s2(t), для чего подставим выражение (8.3) в формулу (8.1):
,
а полученный результат — в формулу (8.2):
,
откуда следует выражение для комплексного коэффициента передачи устройства с ОС:
. (8.4)
Произведение является коэффициентом передачи устройства с разомкнутой ОС и называется петлевым усилением.
Виды обратной связи. Введем обозначения:
и .
Тогда
(8.5)
Соотношение (8.5) лежит в основе обычно используемой классификации видов обратной связи.
Положительная обратная связь. Если jb(w) + jK(w) = 2pk, где k = 0, ±1, ±2, … , то сигнал обратной связи и входной сигнал складываются синфазно, при этом
,
и обратная связь называется положительной (ПОС), причем при b(w)K(w) ® 1 имеем ® ¥ и состояние цепи с обратной связью приближается к границе устойчивости. При b(w)K(w) > 1 цепь неустойчива, т. е. в ней могут возникнуть незатухающие колебания.
Отрицательная обратная связь. Если jb(w) + jK(w) = 2pk + p, где k = 0, ±1, ±2, … , то сигнал обратной связи и входной сигнал складываются в противофазе, при этом
, (8.6)
и обратная связь называется отрицательной (ООС), причем при b(w)K(w) ® ¥ получается, что
, (8.7)
т. е. коэффициент передачи устройства с ОС при этих условиях определяет канал (четырехполюсник) обратной связи.
Реактивная обратная связь. Если jb(w) + jK(w) = 2pk ± p/2, где k = 0, ±1, ±2, … , то ОС называется реактивной (при этом фазовый сдвиг между входным сигналом и сигналом обратной связи составляет ±90°). В остальных, не рассматриваемых здесь случаях, ОС называется комплексной.
Иногда при рассмотрении конкретных устройств, подчеркивая свойства КОС, говорят о частотно-зависимой или частотно-независимой ОС.
Влияние ООС на характеристики устройства. Отрицательная обратная связь широко используется в радиотехнике. Ее применение позволяет, в частности, за счет снижения общего коэффициента передачи улучшить такие важные параметры устройства, как стабильность коэффициента усиления, частотная характеристика, уменьшить искажения.
Стабильность коэффициента передачи (усиления). Пусть на некоторой частоте КОС имеет средний коэффициент передачи , КПП — средний коэффициент усиления , причем нестабильность этого коэффициента составляет D . Относительная нестабильность равна, таким образом, D / . Рассчитаем нестабильность коэффициента передачи для устройства с ООС. Среднее значение коэффициента передачи согласно формуле (8.6):
,
а нестабильность, вызванная изменением коэффициента усиления КПП на , составит
.
Относительная нестабильность коэффициента передачи для устройства с ООС, таким образом, определится как
. (8.8)
Из соотношения (8.8) следует, что за счет использования ООС относительная нестабильность коэффициента передачи, вызванная случайными изменениями температуры, напряжения питания устройства и т. п., уменьшается в (1 + ) раз.
Коррекция частотной характеристики. Зависимость K(w) — коэффициента передачи (усиления) КПП — от частоты также можно рассматривать как проявление нестабильности. Снижение при введении ООС относительного изменения коэффициента передачи устройства в (1 + ) раз эквивалентно расширению полосы пропускания во столько же раз. Достигается это за счет снижения общего коэффициента усиления устройства:
.
Рис. 8.2
,
т. е. в (1 + ) раз меньше, чем при отсутствии ООС. Такой способ уменьшения искажений широко используется на практике.
Активные фильтры. Частотно-зависимая ОС используется, в частности, при создании так называемых активных фильтров. Создать катушку индуктивности в микроисполнении невозможно, но индуктивные элементы необходимы для построения избирательных цепей. Соответствующие устройства создают, используя сочетание активных элементов (чаще всего операционных усилителей - ОУ) и пассивных RC-цепей.
Операционные усилители характеризуются большим коэффициентом усиления , высоким входным сопротивлением по инвертирующему (обеспечивающему 180°-фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами) и неинвертирующему входам и низким выходным сопротивлением . Приближенное рассмотрение схем с использованием ОУ часто проводят, полагая , и . При этих предположениях нетрудно показать, что изображенные на рис. 8.3, а, б устройства имеют комплексные коэффициенты передачи (рис. 8.3, а) и (рис. 8.3, б).
а б
Рис. 8.3
Двойной Т-мост, схема которого приведена на рис. 8.4, часто используется в качестве четырехполюсника, реализующего КОС с характерной частотной зависимостью.
Рис. 8.4 Рис. 8.5
Для расчета АЧХ и ФЧХ четырехполюсника на рис. 8.4 используем метод узловых напряжений; в качестве узловых выберем точки 1, 2, 3. Предполагая, что мост нагружен на бесконечно большое сопротивление ( ), а выходное сопротивление генератора входного сигнала , запишем систему уравнений для комплексных амплитуд:
узел 1: ,
узел 2: ,
узел 3: ;
исключая из системы амплитуды и , получим выражение для комплексного коэффициента передачи двойного Т-моста:
. (8.9)
Графики соответствующих АЧХ и ФЧХ:
,
приведены на рис. 8.5. Частота называется квазирезонансной.