ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ульяновский государственный технический университет

Б. Н. РОМАНОВ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ

ОСНОВНЫЕ НЕЛИНЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА

Методические указания к лабораторным работам

Ульяновск 2006

УДК 621.396.1 (076) ББК 32.841 Р 69

Рецензент директор Ульяновского Филиала ИРЭ РАН доктор техн. наук, профессор В. А. Сергеев

Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета

Романов, Б. Н. Р 69 Основные нелинейные устройства радиотехнических цепей: методические

указания к лабораторным работам. – Ульяновск: УлГТУ, 2006. – 25 c.

Методические указания разработаны в соответствии с программой дисциплины «Радио-технические цепи и сигналы». В них изложены вопросы, связанные с изучением принципов работы основных нелинейных радиотехнических устройств и исследованием спектральных преобразований в нелинейных цепях. Указания подготовлены на кафедре «Радиотехника» и предназначены для самостоятель-ной работы студентов, обучающихся по направлению 2103.02.65 «Радиотехника». УДК 621.396.1 (076) ББК 32.841

© Б. Н. Романов, 2006

© Оформление. УлГТУ, 2006

3

Содержание ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ………………………………………. …………. 4 Лабораторная работа 1 ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО МОДУЛЯТОРА ………………………………. 6 Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРА АМ КОЛЕБАНИЙ ………………………………… 10 Лабораторная работа 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ ……………….. 12 Лабораторная работа 4 СТАЦИОНАРНЫЕ И НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ ………… 16 Приложение 1 Порядок работы и проведение измерений спектроанализатором …………………………… 20 Приложение 2 Способ измерения коэффициента модуляции … 21 Приложение 3 Варианты домашних заданий …………………... 22

1. ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 1.1. Подготовка к работе

При подготовке к работе следует: - по конспектам лекций и рекомендованной литературе изучить теоретический материал, относящийся к данной лабораторной работе; - ознакомиться с описанием, выполнить расчетную часть работы и продумать ответы на контрольные вопросы; - составить краткую программу выполнения лабораторной работы, сопроводив ее графиками зависимостей, которые должны определяться экспериментально; - ознакомиться с применяемой в работе измерительной аппаратурой.

1.2. Выполнение работ в лаборатории

Лабораторные работы выполняются только в часы, предусмотренные распи-санием, бригадами по 2-4 человека. Выполнению работы предшествует провер-ка готовности студента. При этом студент должен представить все материалы, подготовленные в соответствии с п. 1.1, и ответить на вопросы преподавателя по теории предстоящей работы и методике ее выполнения. Если результаты проверки готовности будут признаны удовлетворительными, студент получает допуск к работе. В противном случае студент во время лабораторных занятий готовится к работе.

Работа в лаборатории считается законченной только после просмотра и ут-верждения полученных результатов преподавателем.

По окончании работы студент должен выключить все приборы и источники электропитания, приведя рабочее место в порядок.

1.3. Техника безопасности при проведении работ

Выполнение лабораторных работ в лаборатории радиотехнических цепей и сигналов связано с использованием электрических напряжений, которые могут привести к несчастным случаям. Поэтому студенты допускаются к выполнению лабораторных работ только после инструктажа по технике безопасности. Ин-структаж проводится преподавателем, и проведение инструктажа подтвержда-ется личной подписью студента в специальном журнале. Лица, не выполняю-щие правила техники безопасности или допускающие их нарушение в отноше-нии других лиц, от работы отстраняются и привлекаются к ответственности. Учебные работы в лаборатории без преподавателя или лаборанта выпол-нять запрещено. Включение установки производится только с разрешения преподавателя. Перед выполнением работы необходимо убедиться в надежности заземления

блоков лабораторной установки и измерительной аппаратуры, проверить ис-правность изоляции измерительных щупов и головок.

5

Запрещается оставлять без присмотра включенные лабораторные установ-ки, касаться руками или неизолированными предметами обнаженных проводов и деталей, находящихся под напряжением. Запрещается переключать без надобности переключатели, нажимать кноп-

ки, вращать ручки настройки и регулировки. Запрещается загромождать рабочее место одеждой, портфелями, книгами и

другими вещами, не относящимися к выполняемой работе. Запрещается ходить без дела по лаборатории и отвлекать товарищей разго-

ворами. При обнаружении неисправности необходимо немедленно прекратить рабо-

ту, выключить установку и сообщить об этом преподавателю. Если произошел несчастный случай, то необходимо немедленно:

а) снять напряжение со схемы путем отключения; б) сообщить преподавателю или лаборанту; в) оказать первую медицинскую помощь пострадавшему; г) вызвать по телефону 03 скорую помощь.

1.4. Оформление отчета и зачет по работе

Отчет о выполненной работе должен быть составлен индивидуально на лис-тах писчей бумаги формата А 4. Экспериментальные графики вычерчиваются на листах миллиметровки и вклеиваются в отчет. Расчету отдельных величин должно предшествовать краткое объяснение и буквенное обозначение формул. Разрешается для снятия осциллограмм использовать цифровые фотока-меры с последующей обработкой фотографий на компьютере.

Зачет по лабораторной работе студент получает только после представления отчета, в котором обязательно должны быть сделаны выводы о проделанных экспериментах.

6

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО МОДУЛЯТОРА

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является изучение физических основ работы амплитудного модулятора и исследование спектрального состава колебаний в различных точках принципиальной электрической схемы.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

В состав экспериментальной установки входят: генератор гармонических колебаний радиочастоты, генератор гармонических колебаний звуковой час-тоты, анализатор спектра (АС), осциллограф и экспериментальный макет. Структурная схема установки приведена на рис.1.1. Принципиальная элек-

трическая схема модулятора представлена на рис. 1.2.

3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

3.1. Изучить методику проведения лабораторной работы. 3.2. Рассчитать параметры колебательного контура модулятора, собранного на транзисторе типа КТЗ12, и спектральный состав коллекторного тока при задан-ных значениях напряжения рабочей точки U0эб, амплитуд несущего Um0 и моду-лирующего UmΩΩΩΩ колебаний, частот несущего f0 и модулирующего F колебаний и добротности контура Q.

3.3. Рассчитать и построить амплитудный спектр выходного сигнала.

4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.1. Определить спектральный состав результирующего колебания, пода-ваемого на базу транзистора модулятора: - подать на входы Г1 и Г2 гармонические колебания радиочастоты и звуко- вой частоты с амплитудой не более 0,1В соответственно; Замечание. В случае отсутствия в составе установки анализатора спектра, ам-плитуды колебаний устанавливаются согласно варианту домашнего задания. - определить спектральный состав колебаний, измерив амплитуды и частоты гармонических составляющих; - зарисовать форму результирующего колебания. 4.2. Определить спектральный состав выходного колебания при линейном режиме работы усилителя: - изменяя положение рабочей точки, установить линейный режим рабо- ты активного элемента, - зарисовать форму выходного колебания на не избирательной нагрузке; - измерить спектральный состав выходного колебания.

7

ГЕНЕРАТОР НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЫ

ГЕНЕРАТОР ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

МОДУЛЯТОР

ОСЦИЛЛОГРАФ

АС

R1

R2 R3

Рис.1.1. Структурная схема измерений

R5 R2

R3

C2

R8 R9

R4

R1

L1

S1 C4

R7

C1

VT1

C4

C3

R6

VT2 Г4 Г3

+ Еп Модулятор

Рис.1.2. Схема принципиальная электрическая

Г1

Г2

8

4.3. Определить спектральный состав выходного колебания при нелиней-ном режиме работы усилителя: - установить режим работы транзистора с отсечкой; - зарисовать форму выходного колебания на не избирательной нагрузке; - измерить максимальную и минимальную амплитуду импульсов; - измерить спектральный состав выходного колебания. 4.4. Определить спектральный состав выходного колебания модулятора: - в качестве нагрузки подключить колебательный контур; - зарисовать форму выходного колебания; - измерить коэффициент модуляции при различных значениях амплитуды выходного колебания; - измерить спектральный состав выходного колебания; - изучить влияние соотношения частот несущего и управляющего ко- лебания на эффективность модуляции.

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по данной лабораторной работе должен включать: - результаты расчетов домашнего задания; - результаты экспериментальных измерений; - осциллограммы колебаний при линейном и нелинейном режимах работы транзистора;

- экспериментальные значения коэффициентов передачи сумматора; - экспериментальные значения коэффициентов усиления резистивного усили-теля;

- спектральный состав напряжения на базе транзистора, коллекторного тока и выходного АМ колебания;

- выводы по результатам проведенного эксперимента. 6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 6.1. Дайте определение модуляции как одного из радиотехнических процессов. 6.2. Опишите принцип работы амплитудного модулятора. 6.3. Объясните необходимость работы транзистора в режиме с отсечкой. 6.4. Как подобрать добротность контура модулятора? 6.5. Как регулировать глубину модуляции выходного колебания? 6.6. Как повысить эффективность радиосигнала с АМ? 6.7. Объясните принцип действия балансного модулятора?

9

6.8. Нарисуйте спектры колебаний в различных точках структурной схемы балансного модулятора. 6.9. Объясните принцип действия частотного модулятора. 6.10. Объясните принцип действия частотного модулятора на базе балансного

модулятора.

7. РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 7.1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. по спец. «Радио- техника». – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 2000. – С.: 291-294. 7.2. Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Компьютеризированный курс: Учебное пособие. – М: Форум: Инфра-М, 2005. – С.: 281 – 291. 7.3. Романов Б.Н., Фабричнова Е.С. Исследование амплитудного модулятора: Электронное учебное пособие. – УлГТУ, 2003. – http://ofap.ulstu.ru/Radio/ Modulator.pdf ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ДЕТЕКТОРА АМ КОЛЕБАНИЙ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является исследование работы амплитудного детектора в раз-

личных режимах и изучение особенностей спектральных преобразований в раз-личных узлах принципиальной электрической схемы.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ В состав экспериментальной установки входят генератор сигналов радиочас-

тоты (ГРЧ), генератор сигналов звуковой частоты (ГЗЧ), генератор шума (ГШ), анализатор спектра (АС), осциллограф и экспериментальный макет. Структурная схема установки приведена на рис. 2.1. 3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ 3.1. Изучить методику проведения лабораторной работы. 3.2. Рассчитать спектральный состав выходного сигнала АМ детектора, собран-ного на диоде (тип указывается преподавателем), работающего в квадратичном режиме при заданном значении Rн и входном сигнале U(t) = Um0××××[1+ McosΩt]××××cosω0000t. 3.3. Рассчитать параметры нагрузки АМ детектора, работающего в линейном режиме, при заданных значениях амплитуды несущего колебания Um0 и ампли-туды напряжения на нагрузке детектора Um вых.

10

3.4. Рассчитать входное сопротивление детектора.

4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.1. Исследовать работу АМ детектора в режиме малых амплитуд входно-го сигнала: - подать на детектор АМ колебание согласно варианту домашнего задания; - зарисовать форму выходного колебания при отключенном конденсаторе, т.е. при чисто активной нагрузке; - измерить амплитудный спектр выходного колебания; - зарисовать выходное колебание при включенном конденсаторе; - зарисовать и измерить параметры амплитудного спектра выходного коле- бания, рассчитав при этом коэффициент нелинейных колебаний. 4.2. Исследовать работу АМ детектора в режиме больших амплитуд вход-ного сигнала: - подать на детектор АМ колебание согласно варианту домашнего задания; - снять осциллограммы выходных колебаний при отключенном конденса- торе при различных значениях нагрузки и измерить угол отсечки; - снять осциллограмму и измерить параметры выходного колебания при вклю- ченном конденсаторе; - определить спектральный состав выходного колебания; - рассчитать коэффициент нелинейных колебаний. 4.3. Исследовать прохождение случайных сигналов через АМ детектор: - подать на вход детектора случайное колебание в виде «белого» шума с задан- ным среднеквадратическим значением амплитуды;

Рис. 2.1. Структурная схема измерений

ГРЧ

ГЗЧ

ГШ

ОСЦИЛЛО-ГРАФ

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА

Усилитель НЕЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ФНЧ

ДЕТЕКТОР

11

- зарисовать спектр выходного колебания и измерить среднеквадратическое значение выходного шума. 5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по данной лабораторной работе должен включать: - результаты расчетов домашнего задания; - результаты экспериментальных измерений; - осциллограммы колебаний при линейном и квадратичном режимах работы детектора;

- экспериментальные значения коэффициента нелинейных искажений; - выводы по результатам проведенного эксперимента.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 6.1. Дайте определение процесса детектирования как основного радиотехниче-

ского процесса.

6.2. Объясните работу АМ детектора в режиме малых амплитуд. 6.З. Объясните причины нелинейных искажений при квадратичном режиме детектирования. 6.4. Объясните работу АМ детектора в линейном режиме. 6.5. Объясните, как выбирается нагрузка детектора. 6.6. Как рассчитать входное сопротивление АМ детектора? 6.7. Объясните особенности детектирования АМ колебания с ОБП. 6.8. Объясните особенности детектирования АМ колебания с подавленной несущей. 6.9. Что называется коэффициентом детектирования? Что он характеризует? 6.10. Объясните особенности взаимодействия сигнала и помехи в АМ детекторе. 6.11. Объясните особенности прохождения случайных колебаний через АМ детектор. 6.12. Объясните принцип действия синхронного детектора. 6.13. Объясните принцип действия частотного детектора. 7.1. РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

7.1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. по спец. «Радио- техника». – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 2000. – С.: 294 – 300, 310 – 311. 7.2. Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Компьютеризированный курс: Учебное пособие. – М.: Форум: Инфра-М, 2005. – С.: 302 – 309.

12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНОГО УМНОЖИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы является изучение физических основ работы усилителя в ре-жиме с отсечкой и исследование зависимости эффективности умножения часто-ты от угла отсечки.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

В состав экспериментальной установки входят: генератор гармонических колебаний радиочастоты, осциллограф и экспериментальный макет. Структурная схема установки приведена на рис.3.1. Принципиальная элек-

трическая схема умножителя частоты представлена на рис. 3.2. Для получения необходимого коэффициента умножения в схеме усилителя в качестве коллекторной нагрузки используется параллельный колебательный контур, резонансная частота которого может дискретно изменяться.

3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

3.1. Изучить методику проведения лабораторной работы. 3.2. Произвести кусочно-линейную аппроксимацию входной (или проходной) характеристики транзистора КТ 312. 3.3. Рассчитать напряжение рабочей точки, которое при заданной амплитуде входного воздействия Umвх обеспечит угол отсечки θ, а также амплитуды че-тырех первых гармоник коллекторного тока транзистора. 3.4. Рассчитать амплитуды выходного напряжения резонансного усилителя, удвоителя и утроителя частоты при вышеуказанных значениях угла отсечки и амплитуды входного воздействия, если заданы следующие величины: частота входного колебания f0вх, добротность контура резонансного усилителя Q0, ин-дуктивности контура L1 и L2.

4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ 4.1. Определить возможность исследуемой схемы работать в режиме ум-ножения частоты: - установить линейный режим работы усилителя; - подать на вход усилителя гармоническое колебание с амплитудой 0,1В; - в качестве коллекторной нагрузки транзистора переключателем S1 выбрать колебательный контур;

13

Г4

R5 R2

R3

C2

R7 R8

R4

R1

L1

S1

C5

R6

C1

VT1

C4 C3

VT2 Г3

+ Еп Усилитель

S2

C6

Рис.3.2. Схема принципиальная электрическая

L2

Генератор радиочастоты

Осциллограф Макет усилителя

Блок питания

Г3 Г4

Рис. 3.1.. Структурная схема измерений

14

- определить резонансные частоты трех контуров и погрешность, с которой данная схема может быть использована как умножитель частоты; - рассчитать эквивалентное резонансное сопротивление контуров.

4.2. Исследовать работу усилителя в нелинейном режиме. Для этого: - установить амплитуду входного колебания согласно одному из вариантов до- машнего задания; - переключателем S1 установить неизбирательную нагрузку транзистора; - изменяя положение рабочей точки, получить режим с отсечкой и зарисовать полученную осциллограмму; - определить эквивалентную резистивную нагрузку транзистора; - измерить амплитуды импульсов выходного тока и углы отсечки при различ- ных значениях рабочей точки транзистора для установленного уровня вход- ного воздействия. 4.3. Исследовать схему в режиме умножения частоты Для этого:

- переключателем S1 установить избирательную нагрузку транзистора; - установить частоту входного колебания равной частоте первой гармоники; - для каждого значения угла отсечки измерить амплитуды всех трёх гармоник выходного напряжения; 4.4. Определить эквивалентные добротности контуров - зарисовать осциллограммы выходных напряжений в режиме удвоения и ут- роения частоты; - по полученным осциллограммам измерить неравномерность амплитуды вы- ходных напряжений; - рассчитать добротность контуров. 5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по данной лабораторной работе должен содержать: - результаты расчета домашнего задания; - структурную схему измерений и схему принципиальную электрическую ис- следуемого транзисторного умножителя частоты; - экспериментальные зависимости Um n вых = f(θ) и рассчитанные эксперимен- тальные зависимости коэффициентов Берга от угла отсечки; - осциллограммы колебаний; - выводы по результатам анализа.

15

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 6.1. Объясните методику кусочно - линейной аппроксимации характеристик не- линейных элементов. 6.2. Объясните, как рассчитывается и как измеряется угол отсечки. 6.3. Объясните физические принципы работы умножителя частоты. Почему трудно добиться высокой кратности умножения на один каскад? 6.4. Объясните, как определяются амплитуды гармоник коллекторного тока. 6.5. Объясните, как рассчитываются коэффициенты А.И. Берга. 6.6. Объясните, как находятся оптимальные углы отсечки. 6.7. Объясните, почему и в каких случаях используются различные формулы для расчета оптимального угла отсечки. 6.8. Нарисуйте схему диодного умножителя частоты. 6.9. Объясните, как рассчитывается амплитуда импульса коллекторного тока и где этот параметр может быть использован. 6.10. Объясните, как рассчитать эквивалентную добротность колебательного контура умножителя и на что она влияет. 6.11. Объясните принцип действия диодного умножителя частоты. 6.12. Объясните, почему амплитуда выходного колебания умножителя не по- стоянна во времени. 6.13. Объясните, почему у умножителя частоты коэффициент умножения явля- ется числом целократным. 6.14. Объясните, как изменяется добротность колебательного контура умножи- теля при изменении коэффициента умножения. 7. РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 7.1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. по спец. «Радио- техника». – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 2000. – С.: 285 - 286. 7.2. Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. пособие для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1994. – С.: 226 – 227. 7.3. Романов Б.Н. Исследование усилителей сигналов: Электронное учебное пособие. – УлГТУ, 2002. – http://ofap.ulstu.ru/radio/proekt3.pdf

16

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4

СТАЦИОНАРНЫЕ И НЕСТАЦИОНАРНЫЕ ПРОЦЕССЫ АВТОГЕНЕРАТОРОВ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью данной лабораторной работы является исследование особенностей мягкого и жесткого режима возбуждения LC автогенератора, изучение квази-линейного метода для определения стационарной амплитуды и исследование процесса установления колебаний в автогенераторе.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ В состав экспериментальной установки входят: генератор гармонических колебаний радиочастоты, осциллограф, экспериментальный макет и источник питания.

Структурная схема установки приведена на рис.4.1

Экспериментальный макет состоит из собственно автогенератора с транс-форматорной обратной связью, мультивибратора и электронного ключа, кото-рые позволяют осуществить нестационарный режим работы автогенератора. Длительность импульсов мультивибратора и частота следования подобраны так, что переходные процессы в автогенераторе, вызванные коммутацией напряжения питания коллекторной цепи, успевают закончиться до следующей коммутации. При помощи переключателя «Режим: мягкий – жесткий» изменяем смещение на базе транзистора. На структурной схеме переключателем S1 можно отклю-чить обратную связь для получения колебательных характеристик. Величина обратной связи изменяется при помощи поворота катушки связи относительно катушки индуктивности контура. Добротность колебательного контура изменяется при помощи переключателя «Добротность Q». Предусмотрена возможность подачи на автогенератор гар-монических колебаний от внешнего источника э.д.с. на базу транзистора авто-генератора.

Замечание: 1. Чтобы отключить обратную связь в автогенераторе, необходимо устано-вить на ноль деления шкалы обратной связи «М».

2. Чтобы снять экспериментальную колебательную характеристику автоге-нератора, необходимо отключить обратную связь и подать на базу транзистора (гнездо Г2 экспериментального макета) колебания с генератора радиочастоты.

17

Цепь ОС

Осциллограф

Мультивибратор

Усилитель

Электронный ключ

Источник питания

Г Р Ч

S 1

Г 2

Рис. 4.1. Структурная схема установки для исследования автогенератора

R1

L1

C4

C1

VT1

C6

C3

R5

Г2

М L2

C2 C5

R2

R3

R4

+ Ек

к осциллографу

Рис. 4.2. Схема автогенератора принципиальная электрическая

18

3. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

3.1. Изучить методику проведения данной лабораторной работы. 3.2. Разработать принципиальную электрическую схему установки. 3.3. Рассчитать и построить колебательные характеристики автогенератора для двух значений напряжения смещения U01 и U02 на базе транзистора КТ или ГТ при заданных параметрах колебательного контура: добротность Q, резонансная частота fрез, индуктивность L и коэффициент включения kвкл или p. 3.4. Нарисовать зависимости амплитуды стационарных колебаний от коэффи-циента обратной связи для мягкого и жесткого режимов возбуждения. 3.5. Рассчитать время установления колебаний в автогенераторе при коэффи-циенте обратной связи Кос для двух значениях сопротивления потерь контура R1 и R2 при начальной амплитуде колебаний Uнач.

4. ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

4.1. Проверить условие самовозбуждения автогенератора и определить ра-бочую частоту колебаний. 4.2. Исследовать стационарный режим работы автогенератора. Для этого необходимо: - получить мягкий режим возбуждения и снять зависимость амплитуды стацио- нарных колебаний от коэффициента обратной связи; - снять колебательную характеристику; - получить жесткий режим возбуждения и снять зависимость амплитуды ста - ционарных колебаний от коэффициента обратной связи; - снять колебательную характеристику. 4.3. Определить коэффициент обратной связи. Для этого: - подать на колебательный контур гармоническое колебание от генератора ра- диочастоты с частотой автогенератора и амплитудой 1В; - измерить напряжение на базе транзистора. При этом величина напряжения на базе транзистора в вольтах будет равно коэффициенту обратной связи. 4.4. Исследовать нестационарный режим работы автогенератора. Для этого следует: - установить нестационарный режим работы автогенератора; - зарисовать осциллограммы процесса установления колебаний для различных значений коэффициента обратной связи и добротности контура; - измерить время установления колебаний.

19

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА Отчет по данной лабораторной работе должен содержать: - результаты расчетов согласно домашнего задания; - структурную схему измерений и схему принципиальную электрическую ис- следуемого автогенератора; - экспериментальные зависимости Um n вых = f(М) для различных режимах воз- буждения исследуемого автогенератора; - экспериментальные колебательные характеристики и определенные по ним значения амплитуд стационарных колебаний; - осциллограммы колебаний нестационарного процесса и рассчитанные по ним значения времени установления колебаний; - выводы по результатам эксперимента. 6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 6.1. Дайте определение автоколебательной системы. 6.2. Объясните основные положения линейной теории автогенератора. 6.3. Объясните сущность квазилинейных методов исследования генераторов. 6.4. Объясните особенности мягкого режима возбуждения автогенераторов. 6.5. Объясните особенности жесткого режима возбуждения автогенераторов. 6.6. Составьте нелинейное уравнение автогенератора. 6.7. Объясните метод решения нелинейного уравнения автогенератора и сде- лайте выводы по данному решению. 6.8. Объясните, как и от каких параметров зависит время установления колеба- ний автогенераторов. 6.9. Объясните, как в одной схеме совместить преимущества мягкого и жестко- го режимов возбуждения. 6.10. Объясните способы возбуждения автогенератора с жестким режимом. 6.11. Объясните понятие «отрицательное сопротивление». 6.12. Объясните принцип действия автогенератора, построенного на базе диода. 6.13. Объясните условия самовозбуждения автогенератора. 6.14. Назовите факторы, влияющие на стабильность частоты автогенератора. 7. РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 7.1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. по спец. «Радио- техника». – 3-е изд. – М.: Высш. шк., 2000. – С.: 364 – 378. 7.2. Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Компьютеризированный курс: Учебное пособие. – М: Форум: Инфра-М, 2005. – С.: 251 – 259.

20

Приложение 1

ПОРЯДОК РАБОТЫ И ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОРОМ 1.1. Устройство и работа анализатора спектра

Структурная схема анализатора спектра (АС) построена по принципу супер-гетеродинного приемника с одним преобразованием частоты. В основе работы прибора лежит метод последовательного анализа, представленный рис. П.1. Исследуемый сигнал поступает на фильтр нижних частот (ФНЧ) через эмит-

терный повторитель (ЭП) и делитель (Д), если включен вход 100 kΩ, или че-рез делитель, если включен вход 600 Ω. ФНЧ пропускает частоты в пределах диапазона анализируемых частот от 0 до 120 кГц. После фильтра сигнал усили-вается широкополосным усилителем (ШУ) и поступает на смеситель (СМ) и через усилитель (УО) на осциллограф. Контроль величины сигнала осуществ-ляется индикатором перегрузки (ИП), стрелка которого попадает в красный сектор при достижении сигналом на входе ШУ уровня, превышающего номи-нальной на 42 дБ. На смеситель подаются напряжения исследуемого сигнала и гетеродина (Г).

Преобразованный сигнал выделяется кварцевым фильтром, усиливается усили-телем промежуточной частоты (УПЧ) и подается на квазиквадратичный детек-тор (КД). Последний дает возможность измерять эффективные значения на-пряжений шума и синусоидальных сигналов. Для улучшения линейности смесителя и увеличения подавления сигнала ге-

теродина на выходе, синусоидальное напряжение гетеродина, перед тем как попасть на смеситель преобразуется формирователем (Ф) в меандр.

Прибор может работать в режимах ручной и автоматической перестрой-ки частоты. В режиме ручной перестройки отсчет величины напряжения сиг-нала производится по стрелочному прибору. Для осуществления измерения аб-солютных уровней сигнала в приборе имеется калибра тор амплитуды (К), вы-рабатывающий меандр на частоте около 10 кГц. В режиме автоматической перестройки частоты на вход формирователя подается напряжение от генера-тора качающейся частоты ГКЧ, управляемого генератором пилообразного на-пряжения (ГПН) генератором развертки. Благодаря принятым мерам по линеа-ризации частоты генератора качающейся частоты (Д) ориентировочный отсчет частоты при качании можно производить непосредственно по экрану трубки, для чего на ней нанесены оцифрованные деления. Полосы свипирования (изме-нения) частоты составляют от 0,5 до 12 кГц и от 0,5 до 120 кГц. Время свипи-рования может принимать три значения: 6, 25 и 40 с.

1.2. Порядок измерения низкочастотного спектра

ВНИМАНИЕ! Прибор предварительно заранее калибруется, поэтому ручки ← , → , ∆∆∆∆Υ не трогать! Для проведения измерений необходимо поставить:

21

- тумблер 100 kΩ - 600 Ω - в положение 600 Ω; - переключатель РОД РАБОТЫ - в положение РУЧН; - переключатель ДЕЛИТЕЛЬ I - в положение 30V; - тумблер 100mV - вверх; - переключатель ДЕЛИТЕЛЬ II - в положение 0; - переключатель ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ - в положение 0,1; - переключатель ПОЛОСА СВИПИРОВАНИЯ - в положение 120 кГц; - тумблер ВОЛЬТМЕТР - ВЫКЛ - в положение ВОЛЬТМЕТР. Настройтесь ручкой f kHz на определенную частоту спектра. Установите переключателями ДЕЛИТЕЛЬ I, ДЕЛИТЕЛЬ II и тумблером 100

mV необходимый для измерения предел шкалы вольтметра и производите от-счет величины эффективного значения напряжения соответствующей состав-ляющей. Необходимо иметь в виду, что переключатель и тумблер ДЕЛИТЕЛЬ I явля-

ются аттенюатором для переключения пределов измерения вольтметра. Переключатель ДЕЛИТЕЛЬ II служит для установления стрелки вольтметра

в пределах от 0 до 5 делений шкалы децибел , если отсчет уровня входных сиг-налов ведется в децибелах. При этом показания аттенюатора ДЕЛИТЕЛЬ II вычитаются из суммы показаний аттенюатора ДЕЛИТЕЛЬ I и вольтметра. Например, показание вольтметра 3 (A1 = -3 дБ). Аттенюатор ДЕЛИТЕЛЬ I

стоит в положении 10µV/-80дБ, то есть, А2 = - 80 дБ. Аттенюатор ДЕЛИТЕЛЬ II стоит в положении 4 (A3 = - 4 дБ), уровень входного сигнала будет Авх = А1 + А2 – А3 = (-3) + (-80) – (-4) = - 79дБ

Выход на осц.

ЭП

Д

КД СМ

ФНЧ

ШУ

Ф

УПЧ

Л

Г ГКИ

УО

“Х” ИП

“Y”

ГПН

100 k ΩΩΩΩ

600 ΩΩΩΩ ΩΩΩΩ

К стрел. прибору

Входд

Рис. П.1. Структурная схема анализатора спектра

22

Приложение 2

СПОСОБЫ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА МОДУЛЯЦИИ

Первый способ. Используется развёртка осциллографа, на вход которого подается АМ колебание. На экране получается изображение рис. П.2.1. Для определения коэффициента модуляции достаточно измерить величины А и В и подставить в формулу

М = ( А – В )/( А + В ).

Второй способ. АМ колебание подается на вертикально отклоняющие пла-стины, а модулирующее колебание подводится к горизонтально отклоняющим пластинам. В зависимости от соотношения фаз между огибающей радиосигнала и модулирующим колебанием, на экране осциллографа могут быть получены осциллограммы, представленные рис. П.2.2.

Этот способ называется методом трапеций.

t

B A

Рис. П.2.1. Простейшее АМ колебание

А В В А

Рис. П.2.2. Эпюры метода трапеций

23

Приложение 3 ВАРИАНТЫ ДОМАШНЕГО ЗАДАНИЯ 3.1. Варианты заданий работы 1

U0 эб, В Um 0, B Um Ώ, В f0 , кГц F, кГц Q rк , Ом Коэф.p

1 2 3 4 5 6 7 8 1 0,75 0,25 0,1 90 2,0 15 12 0,2 2 0,8 0,3 0,1 95 2,5 18 11 0,2 3 0,85 0,35 0,15 100 3,0 20 10 0,2 4 0,9 0,35 0,15 105 3,5 23 9 0,3 5 0,95 0,4 0,2 110 4,0 25 8 0,3 6 1,0 0,4 0,2 115 4,5 27 7 0,3 7 1,05 0,45 0,25 120 5,0 30 6 0,4 8 1,1 0,5 0,25 125 5,5 32 5 0,4 9 1,15 0,5 0,3 130 6,0 35 4 0,4

10 0,75 0,25 0,15 100 3,5 28 12 0,5 11 0,8 0,3 0,18 105 4,0 26 11 0,5 12 0,85 0,35 0,14 110 4,5 24 10 0,5 13 0,9 0,35 0,16 115 5,0 18 9 0,6 14 0,95 0,4 0,2 120 5,5 16 8 0,6 15 1,0 0,4 0,2 125 6,0 15 7 0,6 16 1,05 0,45 0,22 130 3,5 22 6 0,25 17 1,1 0,5 0,28 100 4,0 34 5 0,25 18 1,15 0,6 0,3 105 4,5 36 4 0,25 19 0,85 0,25 0,12 110 3,5 20 12 0,35 20 0,9 0,3 0,14 115 4,0 23 11 0,35 21 0,95 0,35 0,17 120 4,5 25 12 0,35 22 1,0 0,45 0,32 125 5,0 27 11 0,3 23 1,05 0,45 0,24 130 5,5 30 10 0,4 24 1,1 0,5 0,2 100 6,0 32 9 0,5 25 0,9 0,4 0,15 105 3,5 35 8 0,2

3.2. Варианты заданий работы 2

Um0 кв, В М F, кГц f0, кГц Rн, Ом Um0 лин, В Um вых, В Тип детект.

1 2 3 4 5 6 7 8 1 0,2 0,5 2,0 95 390 1,0 0,3 Выбрать

2 0,15 0,6 2,5 100 400 1,2 0,5 Выбрать 3 0,25 0,7 3,0 105 440 1,3 0,6 Выбрать 4 0,3 0,8 3,5 110 470 1,1 1,0 Выбрать 5 0,15 0,9 4,0 112 500 1,5 0,4 Выбрать 6 0,2 0,8 3,0 115 560 1,6 0,45 Выбрать

24

Продолжение заданий работы 2 1 2 3 4 5 6 7 8 7 0,25 0,7 2,0 95 750 1,0 0,3 Выбрать 8 0,3 0,5 5,0 100 820 1,2 0,5 Выбрать 9 0,2 0,6 6,0 105 390 1,3 0,6 Выбрать

10 0,15 0,7 2,0 110 400 1,1 1,0 Выбрать 11 0,25 0,8 2,5 112 440 1,5 0,4 Выбрать 12 0,3 0,9 3,0 115 470 1,6 0,45 Выбрать 13 0,2 0,8 3,5 95 500 1,0 0,3 Выбрать 14 0,15 0,5 4,0 100 560 1,2 0,5 Выбрать 15 0,25 0,6 3,0 105 750 1,3 0,6 Выбрать 16 0,3 0,7 5,0 110 820 1,1 1,0 Выбрать 17 0,2 0,8 6,0 112 390 1,5 0,4 Выбрать 18 0,15 0,9 4,0 115 400 1,6 0,45 Выбрать 19 0,25 0,8 3,0 95 440 1,0 0,3 Выбрать 20 0,3 0,5 2,5 100 470 1,2 0,5 Выбрать 21 0,2 0,6 5,0 105 500 1,3 0,6 Выбрать 22 0,15 0,7 4,5 110 560 1,1 1,0 Выбрать 23 0,25 0,8 3,5 112 350 1,5 0,4 Выбрать 24 0,3 0,9 3,0 115 400 1,6 0,45 Выбрать 25 0,35 0,8 6,0 112 450 1,8 0,5 Выбрать

3.3. Варианты заданий работы 3

Um вх, В f0 вх, кГц Q0 L1 , мкГ L2, мкГ Θ, град

1 2 3 4 5 6 1 0,2 125 20 120 30 90 2 0,25 130 24 140 40 80 3 0,3 135 28 150 50 70 4 0,4 140 30 160 40 60 5 0,45 145 32 170 50 50 6 0,5 150 34 180 60 40 7 0,2 155 36 190 50 90 8 0,25 160 38 200 40 80 9 0,3 165 40 220 80 70

10 0,4 170 24 240 60 60 11 0,45 175 28 125 55 50 12 0,5 180 30 130 70 40 13 0,2 185 32 145 45 70 14 0,25 190 34 165 35 60 15 0,3 195 36 175 50 50 16 0,4 200 38 185 40 40

25

Продолжение заданий работы 3 1 2 3 4 5 6 17 0,25 135 40 200 60 90 18 0,3 140 24 220 80 80 19 0,4 145 28 240 70 70 20 0,45 150 30 125 65 60 21 0,5 155 32 130 70 50 22 0,25 160 34 145 75 40 23 0,3 185 36 165 55 70 34 0,4 190 38 175 45 60 25 0,5 195 35 185 55 50

3.4. Варианты заданий работы 4

U01, B

U01, B Q fрез, кГц

L, мкГ

Кос р R2 /R1 Uнач, В КТ/ГТ

1 0,7 0.65 20 155 250 0,08 0,2 1,5 0,01 КТ312 2 0,75 0.65 22 160 240 0,09 0,2 2,0 0,02 КТ312 3 0,8 0.6 24 165 230 0,1 0,2 2,5 0,03 КТ312 4 0,85 0.6 26 170 220 0,12 0,2 3,0 0,04 КТ312 5 0,8 0.6 28 175 210 0,14 0,2 1,5 0,05 КТ312 6 0,55 0,4 30 180 200 0,15 0,3 2,0 0,06 КТ342 7 0,6 0,4 32 185 190 0,13 0,3 2,5 0,07 КТ342 8 0,65 0,5 34 190 180 0,11 0,3 3,0 0,08 КТ342 9 0,6 0,5 36 195 170 0,08 0,3 1,5 0,09 КТ342

10 0,65 0,45 38 200 160 0,09 0,3 2,0 0,10 КТ342 11 0,32 0,2 40 210 150 0,1 0,4 2,5 0,01 ГТ322 12 0,28 0,2 39 220 250 0,12 0,4 3,0 0,02 ГТ322 13 0,28 0,2 37 230 240 0,14 0,4 1,5 0,03 ГТ322 14 0,32 0,2 35 240 230 0,15 0,4 2,0 0,04 ГТ322 15 0,2 0,2 33 250 220 0,13 0,4 2,5 0,05 ГТ322 16 0,85 0.6 31 260 210 0,11 0,5 3,0 0,06 КТ312 17 0,8 0.6 29 270 200 0,08 0,5 1,5 0,07 КТ312 18 0,55 0,4 27 280 190 0,09 0,5 2,0 0,08 КТ342 19 0,6 0,4 25 290 180 0,1 0,5 2,5 0,09 КТ342 20 0,65 0,5 23 300 170 0,12 0,5 3,0 0,10 КТ342 21 0,6 0,5 21 275 160 0,14 0,6 1,5 0,01 КТ342 22 0,65 0,45 25 250 150 0,15 0,6 2,0 0,02 КТ342 23 0,32 0,2 30 225 175 0,13 0,6 2,5 0,03 ГТ322 24 0,28 0,2 35 200 185 0,11 0,6 3,0 0,02 ГТ322 25 0,28 0,2 40 180 200 0,10 0,6 1,8 0,01 ГТ322