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: 7 из 8

2. Описание лабораторной установки

Лабораторная установка предназначена для экспериментальных исследований радиотехнических преобразований сигналов, выполняемых с помощью нелинейных цепей. В состав установки входит, амплитудный модулятор и комплект измерительных приборов (рис.4.6). На переднюю панель установки выведены входные и выходные клеммы модулятора, клемма источника смещения (К4) и ручка регулировки его напряжения.

Рис.4.6 Схема лабораторной установки

Амплитудный модулятор собран на транзисторе КП303Г по схеме, представленной на рис.4.4. Передаточная (стокозатворная) характеристика транзистора i_с(u_з) приложена к лабораторной установке.

Для исследования формы тока стока колебательный контур в схеме модулятора заменяется резистором при помощи тумблера «LC–R», расположенного на передней панели лабораторной установки (на рис.4.4 этот тумблер не показан). Резистор не фильтрует нежелательные гармоники тока и поэтому напряжение на выходе схемы совпадает по форме с током стока транзистора.

В комплект измерительных приборов входят генераторы гармонических колебаний Г4-102 (Г4-106) и Г3-118, электронный осциллограф типа GOS-620, частотомер GFG-8219, мультиметр APPA-201 для измерения постоянного напряжения и два вольтметра В3-38 для измерения действующих значений переменных напряжений.

В качестве источника несущего колебания используется высокочастотный генератор Г4-102 (Г4-106), а в качестве источника управляющих сигналов – низкочастотный генератор Г3-118.

3. Порядок выполнения лабораторной работы

Перед началом измерений необходимо:

Ознакомиться с методическими указаниями по подготовке к работе и с описанием лабораторной установки.

Переписать таблицу с данными передаточной (стокозатворной) характеристики транзистора.

Собрать схему измерений. Для этого подключить к разъёму К1 выход «µV» генератора Г4-102 (Г4-106), к разъёму К2 – генератор Г3-118, к разъёму КЗ - милливольтметр ВЗ-38, к разъёму К4 – мультиметр АРРА‑201. Разъём К5 должен быть подключен к входу осциллографа GOS-620. Выход «1V» генератора Г4-102 (Г4-106) подключается к входу частотомера GFG-8219 (разъём на задней панели).

На блоке управления лабораторными работами установить переключатель «ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА» в положение «2.4». Внутренний генератор (в составе макета) выключить!

Включить питание лабораторной установки и всех измерительных приборов, входящих в схему измерений (выключатель сети мультиметра АРРА‑201 расположен на задней панели).

Задание 1. Измерение параметров контура

1.1. Установить напряжение смещения Е_см на затворе транзистора равным минус 0,7 В. Напряжение смещения измеряется мультиметром АРРА-201, находящимся в режиме измерения постоянного напряжения «V=». Рекомендуется нажатиями на кнопку RANGE добиться индикации двух разрядов измеряемого напряжения.

Установить амплитуду U_вх напряжения, вырабатываемого генератором Г4-102 (Г4-106), равной 70 мВ. Уровень входного сигнала измеряется милливольтметром В3-38.

Внимание! Милливольтметр ВЗ-38 измеряет эффективное (действующее) значение переменного напряжения, которое для синусоидального колебания равно от амплитудного значения.

Записать установленные значения напряжений Е_см и U_вx.

1.2 В качестве нагрузки транзистора выбрать колебательный контур (переключатель В2 - в положении «LC»). Изменяя частоту f_вх генератора Г4‑102 (Г4‑106) в диапазоне 400–500 кГц, добиться максимальной амплитуды выходного сигнала. Записать значение частоты, равное при этом резонансной частоте контура f_р. Измерение частоты производить с помощью частотомера. Перестраивая частоту генератора вверх и вниз от значения f_р, найти значения f_вх1 и f_вх2, при которых амплитуда выходного напряжения уменьшается до 0,707 от максимальной, и определить полосу пропускания контура Δf=f_вх2–f_вх1.

1.3. Установить частоту несущего колебания f_вх, равную найденному значению f_р. Измерить с помощью осциллографа амплитуду выходного сигнала U_вых. Исходя из выражения для коэффициента усиления К_ус=SZ_н, где S–крутизна передаточной характеристики транзистора при заданном напряжении смещения, Z_н – сопротивление нагрузки, вычислить (допускается выполнять вычисления при оформлении работы) эквивалентное сопротивление контура на резонансной частоте Z_р:

(4.6)

Выключить генератор несущего колебания Г4-102 (Г4-106) и частотомер.
Задание 2. Исследование работы схемы модулятора в линейном режиме

2.1. Включить генератор управляющего сигнала ГЗ-118. Установить частоту управляющего сигнала f_упр, равную 2 кГц, а его амплитуду U_упр – 70 мВ. Проверить, что напряжение смещения Е_см равно минус 0,7 В.

2.2. Включить генератор несущего колебания Г4-102 (Г4-106). Подключить осциллограф к разъёму К3. Зарисовать (сфотографировать) осциллограмму входного напряжения.

2.3. Подключить осциллограф к разъёму К5. Зарисовать осциллограммы выходных напряжений при нагрузке транзистора на резистор (переключатель В2 в положении «R») и при нагрузке на контур (переключатель в положении «LC»). Записать в протокол измерений установленные значения Е_см, U_вх, f_вх, U_упр и f_упр.

Задание 3. Измерение статической модуляционной характеристики

Отключить генератор управляющего сигнала ГЗ-118. Проверить, что частота генератора Г4-102 (Г-106) f_вх равна резонансной частоте контура f_p, а его амплитуда U_вх составляет 70 мВ. Переключатель вида нагрузки В2 должен находиться в положении «LC».

Изменяя напряжение смещения в диапазоне от минус 2,8 В до минус 0,4 В с интервалом 0,2 В, измерить зависимость амплитуды выходного напряжения U_вых от напряжения смещения Е_см. Результаты измерений свести в таблицу 4.1. В протокол измерений записать значения f_вх и U_вх, при которых измерялась зависимость U_вых(Е_см).

Таблица 4.1

f_вх= , U_вх=

Есм, В	-2,8	-2,6	-2,4	-2,2	-2,0	-1,8	-1,6	-1,4	-1,2	-1,0	-0,8	-0,6	-0,4
Uвых, мВ

Построить график статической модуляционной характеристики U_вых(Е_см). Выбрать участок характеристики, который приближенно можно считать линейным (должен быть примерно в диапазоне от минус 2,5 В до минус 1,5 В). Определить напряжения смещения, соответствующие граничным точкам E_см1 и Е_см2 линейного участка и его середине Е_см0 = 0,5(E_см2+E_см1). Найти наибольшую амплитуду управляющего сигнала U_{упрмакс}, при которой управляющее напряжение не выходит за пределы линейного участка модуляционной характеристики: U_{упрмакс}=0,5|E_см2–E_см1|. Найденные значения Е_см0 и U_{упрмакс} записать в протокол измерений.

Установить напряжение смещения, равное Е_см0. Включить генератор Г3-118 и установить амплитуду управляющего сигнала несколько меньшую, чем U_{упрмакс} (например, U_ynp=0,8U_{упрмакс}).

Внимание! Для измерения амплитуды управляющего сигнала с помощью милливольтметра В3-38 необходимо на время измерения выключать генератор несущего колебания Г4-102 (Г4-106).

С помощью осциллографа наблюдать радиосигнал на выходе модулятора. При правильной настройке схемы амплитуда радиосигнала должна изменяться по гармоническому закону и искажения огибающей не должны быть визуально заметны. Зарисовать (сфотографировать) осциллограмму и записать в протокол соответствующие ей значения Е_см0 и U_ynр.

3.5. Наблюдать искажения огибающей радиосигнала (отклонения огибающей от гармонического закона) на выходе схемы, если Е_см>Е_см0; Е_см<Е_см0; U_упр>U_{упрмакс}. Отклонение параметров от исходных значений должно быть достаточным для существенного изменения выходного сигнала. Зарисовать (сфотографировать) осциллограммы.

3.6. Установить значения параметров Е_см=Е_см0 и U_ynp=0,8U_{упрмакс}. Включить резистивную нагрузку транзистора (переключатель В2 в положение «R»). Зарисовать (сфотографировать) осциллограмму выходного сигнала.

Задание 4. Исследование зависимости коэффициента модуляции от амплитуды управляющего сигнала

1. 
   Включить колебательную нагрузку транзистора (переключатель В2 в положение «LC») Установить напряжение смещения Е_см=Е_см0.
   
2. 
   Изменяя амплитуду управляющего сигнала (U_упр) в диапазоне от 0 до 0,8U_{упрмакс} (5-6 значений), измерить зависимость коэффициента модуляции m от амплитуды управляющего сигнала: m(U_ynp). Определение коэффициента модуляции для каждого из значений U_ynp произвести с помощью осциллографа, посредством измерения максимального U_{выхмакс} и минимального U_выхмин значений амплитуды радиосигнала на выходе модулятора. Коэффициент модуляции вычисляется по формуле:
   

m=(U_{выхмакс}–U_выхмин)/(U_{выхмакс}+U_выхмин).

Данные измерений записать в таблицу 4.2.
Таблица 4.2

f_вх= ; U_вх= ; f_упр= ; Е_см= .

Uynp, В	0	...	...	...	Uмах
Uвыхмакс., В
Uвыхмин., В
m	0

Задание 5.(Расчетное)

5.1. По данным измерений определить диапазон изменения напряжения на затворе транзистора (рабочий участок характеристики). Аппроксимировать рабочий участок характеристики транзистора полиномом второй степени. Найти коэффициенты полинома. Построить на одном графике заданную характеристику и аппроксимирующую функции.

5.2. Используя исходные данные задания 3, рассчитать статическую модуляционную характеристику. Значение сопротивления контура взять из экспериментальных данных (п. 1.4). Построить график рассчитанной характеристики и сравнить ее с измеренной.

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 1-4, а также результаты расчетного задания 5.

5. Контрольные вопросы

1. 
   Что такое модуляция? Какие типы модуляции Вы знаете?
   
2. 
   Каково назначение модуляции?
   
3. 
   Какой спектр имеет несущее колебание? Как формируется спектр АМ колебания и какие составляющие спектра являются информационными?
   
4. 
   Как технически осуществляется амплитудная модуляция? Назовите необходимые элементы обобщенной схемы модулятора.
   
5. 
   Поясните назначение элементов принципиальной схемы АМ.
   
6. 
   Каковы требования к резонансной частоте и полосе пропускания колебательного контура, используемого в схеме амплитудного модулятора в качестве частотно-избирательной нагрузки?
   
7. 
   Каковы условия неискаженной амплитудной модуляции?
   
8. 
   Как определяется коэффициент АМ и какие значения он может принимать?
   
9. 
   Что называется модуляционной характеристикой при АМ? Что означает термин «статическая модуляционная характеристика»?
   
10. 
    Объясните форму осциллограмм, зарисованных в процессе выполнения работы.
    
11. 
    Поясните факт отсутствия модуляции при работе схемы модулятора в линейном режиме.
    
12. 
    Почему нельзя осуществить преобразование частоты и амплитудную модуляцию в линейной радиотехнической цепи?