Мет.Нелин.цепи(испр). Методические указания по подготовке, выполнению и защите лабораторных работ по разделу Нелинейные радиотехнические цепи

• Название: Методические указания по подготовке, выполнению и защите лабораторных работ по разделу Нелинейные радиотехнические цепи
• Дата: 21.12.2021
• Размер: 1.02 Mb.
• Имя файла: Мет.Нелин.цепи(испр).doc
• Тип: Методические указания; #311843
• страница: 4 из 8

На вход «Y1» осциллографа подводится гармоническое напряжение, действующее на входе исследуемой цепи, а на вход «Y2» - напряжение, действующее на выходе цепи. Поэтому на верхнем луче экрана осциллографа наблюдается гармонический сигнал на входе цепи, а на нижнем луче – гармонический сигнал на выходе цепи. Как известно, физически реализуемая линейная цепь задерживает входной сигнал на время tз. Если на вход цепи подается гармонический сигнал, то задержка во времени эквивалентна фазовому сдвигу φ= ω_otз. Таким образом, гармонический сигнал на верхнем луче будет сдвинут по фазе относительно такого же сигала на нижнем луче на φ. Для наиболее удобного измерения φ, нужно обе картинки (т.е оба луча) совместить на экране осциллографа. При этом нужно подобрать такую скорость развертки по обеим лучам, чтобы на экране располагались 2 или 3 периода гармонического сигнала. При этом нужно четко контролировать какая синусоида является входным сигналом, а какая – выходным. Регулируя смещение развертки по горизонтали, нужно установить момент прохождения входной синусоиды через 0 в начало шкалы на экране осциллографа. Нужно убедиться, что с этого момента мгновенное значение сигнала будет нарастать (т.е производная к функции в этой точке будет положительной).

Далее нужно отыскать на развертке осциллографа точку, где синусоида выходного сигнала первый раз (после начала развертки) пересечет линию развертки, имея положительную производную в этой точке (см. рис. 2.7).

Рис. 2.7. Расположение гармонических сигналов с φнач = 0 ˚( сплошная линия), 60˚(штриховая линия), 270˚(пунктирная линия). φ нач = tз*fo*360˚. Поскольку на экране осциллографа по оси x откладывается время, то нужно измерить расстояние (в клеточках) между началом синусоиды на входе цепи (нарастающая сплошная линия в начале развертки) и точкой на развертке, где нарастающая синусоида на выходе цепи проходит через 0. Если это будет синусоида с φнач<180˚, то это будет функция типа пунктирной кривой. Если это будет синусоида с φнач>180˚, то это будет функция типа точечной кривой. Умножив количество клеток (с точностью до малых делений больших клеток) на скорость развертки нужно записать tз и затем φнач. на выставленной на генераторе частоте синусоиды. Для ЦОС однокаскадного генератора на f нач. = 200Гц, φнач будет <180˚и с ростом частоты будет расти. Следует отметить частоту, при которой φнач = π. Нужно быть внимательными при измерениях. Построенная по результатам измерений ФЧХ цепи будет носить “падающий” характер. Т.к функция ФЧХ периодически повторяется через 360˚, то для того чтобы она выглядела как фунция от частоты, представленная в методичке, ко всем значениям φ, полученным при измерениях нужно добавить 360˚( или 2π, если фаза измерялась в радианах). Для ЦОС 2-х каскадного генератора при fнач = 200Гц φнач.>270˚и с ростом частоты тоже будет расти. Следует отметить частоту, при которой φнач. = 360˚. Для того чтобы получить кривую ФЧХ как в методичке, к измеренным φнач. тоже нужно прибавить 360˚. Внимание. Задержку гармонических сигналов всегда измерять между точками пресечения синусоиды с горизонтальной осью на экране осциллографа при положительном значении производной в этих точках. Частота колебаний автогенератора может быть определена с помощью фигур Лиссажу, наблюдаемых на экране осциллографа при подключении к одному из его входов исследуемого автогенератора, а к другому входу – эталлоного генератора с регулируемой частотой колебаний (рис. 2.8). Изменяя частоту эталонного генератора можно добиться установления неподвижной фигуры Лиссажу. Форма фигуры позволяет судить о соотношении частот эталонного и исследуемого генераторов. Например, если колебания гармонические и их частоты совпадают, то фигура Лиссажу ( наблюдаемая, в общем случае, при произвольном соотношении частот гармонических колебаний) имеет форму эллипса, неподвижного на экране.

Рис.2.8 Схема измерений частоты колебаний в автогенераторе при помощи фигур Лиссажу.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

Задание 1. Измерение частотных характеристик цепей обратной связи
1.1 Собрать схему соединений для измерения частотных характеристик цепи обратной связи (ЦОС‑1) генератора G1. Выход 1 генератора Г3-118 подключить к одному из разъёмов К1 макета, другой разъём К1 подключить к входу канала 1 осциллографа GOS-620 (разъём СН 1). Разъём К2 макета соединить с входом канала 2 осциллографа (разъём СН 2).

1.2 Установить переключатель режима работы осциллографа VERT MODE в положение DUAL. Установить на осциллографе переключатель чувствительности канала CH1 в положение 5V/DIV и, регулируя амплитуду вых. сигнала генератора, установить амплитуду гармонического сигнала- 2 клетки. Переключатель CH2 INV – отжать. Подобрать чувствительность канала CH2 так, чтобы амплитуда сигнала на выходе цепи примерно равнялась тоже 2 клетки. Регулируя скорость развертки осциллографа TIME/DIV подобрать такую развертку, чтобы на экране размещались 2-3 периода сигнала. Совместить обе осциллограммы на экране, запомнив, какая синусоида относится к сигналу на входе, какая на выходе.

1.3 Пользуясь регулировками POSITION по вертикальной оси, установить синусоиды на входе и выходе симметрично относительно средней линии на шкале экрана. Регулировкой POSITION по горизонтальной оси установить начало синусоиды на входе (точка пересечения со средней линией шкалы) в начало шкалы. Установить частоту генератора 200Гц. Записать в протокол амплитуду входного сигнала (10В) и в дальнейшем поддерживать ее неизменной.

1.4 Меняя частоту генератора (в соответствии со значениями, указанными в табл.1), определить на каждой частоте амплитуду сигнала на выходе и временную задержку tз синусоиды на выходе по отношению ко входу (см. в описании к лабораторной установке). При изменении частоты генератора контролировать амплитуду сигнала на входе цепи (10В) и каждый раз устанавливать начало положительного фронта синусоиды входного сигнала (должна находиться на средней линии шкалы сетки на экране осциллографа) в начало шкалы. Результаты измерений внести в таблицу 2.1. Заметить и записать f, при которой φос = π (см. описание к лаб. установке).
Таблица 2.1

АЧХ и ФЧХ ЦОС-1

f, кГц	0,2	0,3	0,4	0,6	0,8	1,0	1,5	2,0	3,0	5,0	10,0	20,0
Авых, В
tз,мкс
|КОС|
ОС = 2π*f*tз

1.5 Собрать схему измерений частотных характеристик ЦОС-2. Для этого перенести кабели с разъемов К1 на К4, а К2 на К5. Провести измерения АЧХ и ФЧХ цепи, занося полученные результаты в таблицу 2.2, аналогичную таблице 2.1. Таблицу 2.2 составить самостоятельно.

1.6 Ожидаемые частоты генерации генераторов гармонических колебаний (для которых получено значение φос =π и φос = 0) внести в таблицу 2.3.

Таблица 2.3

Частота колебаний автогенераторов

Частота генератора	Результаты измерений			Результаты расчётов
	Задание 1	Задание 2	Задание 3
fG1, Гц
fG2, Гц
fG3, Гц

Задание 2. Определение параметров колебаний RC-генераторов
2.1 Включить питание лабораторной установки, переключатель выполняемой работы установить в положение «2.2». Переключатель скорости развёртки TIME/DIV вывести из положения «Х-У». Переключить вход СН 2 (У) осциллографа с разъёма К5 на разъём К3. Переключатель режимов работы осциллографа VERT MODE установить в положение «СН 2», переключатель SOURSE - в положение «СН 2», Подобрать скорость развёртки и чувствительность канала СН 2, удобные для наблюдения осциллограммы колебаний на выходе первого автогенератора. Определить и записать в протокол амплитуду А₁=…В и период Т₁=…мс. Внести в таблицу 2.3 найденное значение частоты f_G1=1/Т₁.

2.2 Переключить вход СН 2 (У) осциллографа с разъёма К3 на разъём К6. Произвести измерения параметров колебаний и запись результатов аналогично п.2.1.

2.3 Переключить вход СН 2 (У) осциллографа с разъёма К6 на разъём К7. Зарисовать осциллограмму. Произвести измерения амплитуды импульсов и частоты повторения. Записать результаты аналогично п.2.1.
Задание 3. Измерение частоты колебаний методом фигур Лиссажу
3.1 Переключить вход СН 2 (У) осциллографа с разъёма К7 на разъём К3. Сигнал с выхода генератора Г3-118 (амплитудой 10В) подать на вход CH1.Установить на осциллографе переключатель скорости развертки TIME/DIV в положение X – Y. Регулировкой чувствительности каналов CH1и CH2 установить размер изображения на экране осциллографа – во весь экран. Изменяя частоту Г3-118 вблизи значений частоты, полученной для этого генератора G1 в задании 2 (вблизи 400±10Гц), добиться получения на экране максимально устойчивого изображения эллипса. При этом частота Г3-118 равна частоте исследуемого генератора. Значение частоты записать в табл. 2.3.

3.2 Переключить вход СН 2 (У) осциллографа с разъёма К3 на разъём К6. Провести измерение частоты генератора G2 методом фигур Лиссажу аналогично п.3.1.

3.3 Переключить вход СН 2 (У) осциллографа с разъёма К6 на разъём К7. Провести измерение частоты генератора G3 методом фигур Лиссажу аналогично п.3.1, учитывая, что ожидаемая осциллограмма в этом случае представляет собой изображение одного периода импульсного колебания с нелинейной горизонтальной развёрткой.

4. Содержание отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен быть оформлен в соответствии с общими требованиями, изложенными в инструкции по составлению отчёта (см. Приложение 1).

Основная часть отчёта обязательно должна содержать все экспериментальные и теоретические результаты, полученные при выполнении заданий 1-3. В отчете необходимо привести осциллограммы колебаний, полученных в автогенераторах трех типов.
5. Контрольные вопросы

1. 
   Что представляет собой автогенератор? Поясните приставку «авто» в названии.
   
2. 
   Из каких основных блоков состоит автогенератор, какие из них являются линейными, какие нелинейными?
   
3. 
   Объясните условия самовозбуждения колебаний в автогенераторе с обратной связью.
   
4. 
   Как протекает процесс самовозбуждения? Что является причиной возникновения колебаний?
   
5. 
   Почему прекращается рост амплитуды колебаний и устанавливается стационарный режим?
   
6. 
   Назовите условия стационарного режима в автогенераторе с обратной связью.
   
7. 
   От чего зависит форма и частота колебаний в автогенераторах с обратной связью?
   
8. 
   Нарисуйте принципиальную схему резистивного усилителя и поясните назначение ее основных элементов.
   
9. 
   Что представляет собой резонансный усилитель?
   
10. 
    Какова методика измерения фазо-частотных характеристик ЦОС.
    
11. 
    Перечислите и поясните способы определения частоты исследуемых автогенераторов, использованные в данной работе.
    
12. 
    Почему форма колебаний мультивибратора отличается от гармонической?
    
13. 
    Какие преимущества и недостатки имеют однокаскадный и двухкаскадный RC‑генераторы?
    
14. 
    Каково назначение и область применения RC‑генераторов?
    
15. 
    Какие другие типы автогенераторов Вы знаете, в чем их отличие от RC‑генераторов?
    

Библиографический список

1. 
   Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. пособие для вузов. -М.: Дрофа, 2006, с. 383-387, 420-426.
   
2. 
   Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. Стандарт третьего поколения / Под ред. В.Н.Ушакова – СПб.: Питер. 2014, с. 8, 14-21, 55-58.
   
3. 
   Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы.-М.: Высш. школа, 2000, с. 349-354, 368-370.
   
4. 
   Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи: учебник для вузов: -М.: Высш.шк., 2002, с. 315-318, 324-329.
   

Лабораторная работа №2.3
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Цель работы.

• 
  Исследование особенностей преобразования сигналов в радиотехнических цепях, содержащих нелинейные резисторы и линейные частотно-избирательные элементы,
  
• 
  Изучение принципа действия и особенностей работы преобразователей частоты радиосигналов, экспериментальные исследования их характеристик,
  
• 
  Овладение методами расчета нелинейных радиотехнических цепей.