УЗБЕКСКОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ И ИНФОРМАТИЗАЦИИ

ТАШКЕНТСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

 

 

 

Кафедра

Теория передачи сигналов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНЫЙ  ПРАКТИКУМ

по курсу

«РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ  ЦЕПИ И СИГНАЛЫ»

часть 1

для направления образования

Радиотехника (5522000)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ташкент 2002

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.

Описание лабораторного оборудования ........…………………………..

 

2.

Лабораторная работа № 1 «Исследование LC генератора синусоидальных колебаний»……………………………………………

 

3.

Лабораторная работа № 2 «Исследование резистивно-ёмкостного генератора»………………………………………………………………...

 

4.

 Лабораторная работа № 3 «Ограничение колебаний»...................…….

 

5.

Лабораторная работа № 4 «Умножение частоты».........................……..

 

6.

Лабораторная работа № 3 «Исследование амплитудного модулятора»

 

7.

Лабораторная работа № 4 «Детектирование амплитудно-модулированных колебаний».......................................................……….      

 

8.

Лабораторная работа № 5 «Исследование преобразователя частоты».

 

9.

Лабораторная работа № 6 «Исследование частотного модулятора и частотного  детектора» ....................................................................……..

 

10

Лабораторная работа № 7 «Исследование однополосной и балансной модуляции».......................................................................………………..

 

11

Лабораторная работа № 8 «Исследование синхронного детектора».......……………………………………………………………

 

12

Лабораторная работа № 9 «Дискретизация непрерывных сигналов»...………………………………………………………………..

 

13

Лабораторная работа № 10 «Цифровая передача непрерывных сигналов»…………………………………………………………………..

 


ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Цикл лабораторных работ по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы» часть 1, выполняется с целью изучения процессов преобразования формы и спектров электрических сигналов в типовых радиотехнических цепях, применяемых в устройствах электрической связи.

Лабораторные работы проводятся на базе двух универсальных лабо­раторных установок:

1. Комплекс технических средств для лабораторных исследований каналов связи (КТС ЛИРТУ).

2. Комплекс технических средств для лабораторных исследований каналов связи (КТС ЛИКС).

С помощью первой установки (КТС ЛИКС) выполняются работы:

1. Исследование LC генератора синусоидальных колебаний.

2. Исследование резистивно-ёмкостного генератора

3. Ограничение колебаний (работа № 3).

4. Умножение частоты (работа №4).

5. Исследование амплитудного модулятора (работа №5).

6. Детектирование амплитудно-модулированных колебаний (работа №6).

7. Исследование преобразователя частоты (работа №7).

8. Исследование частотного модулятора и частотного детектора (работа №8).

9. Исследование однополосной и балансной модуляции (работа №9).

10. Исследование синхронного детектора (работа №10).

С помощью второй установки (КТС ЛИКС) выполняются работы:

11. Дискретизация непрерывных сигналов (работа №11).

12. Цифровая передача непрерывных сигналов (работа №12).

Рабочее место исследователя комплектуется одной из названных лабо­раторных установок, двухлучевым электронным осциллографом для со­вместного наблюдения процессов в различных точках устройств и генера­торами гармонических колебаний.

Универсальные лабораторные установки состоят из законченных функ­циональных блоков, на передних панелях которых указаны номер и назва­ние, а также изображена схема, и установлены гнезда, соединенные с её контрольными точками. Измерительные приборы и лабораторные установ­ки заземлены, поэтому подключения входов и выходов приборов с кон­трольными точками исследуемой схемы выполняется с помощью одиноч­ных проводов с двумя наконечниками. Включение лабораторной установ­ки производится выключателями "Сеть". При включении загорается сиг­нальная лампочка.

Лабораторная установка КТС ЛИРТУ имеет в своём составе стрелоч­ные миллиамперметр и вольтметр, которые расположены в блоке питания и измерений в верхней установки. Там же находится регулятор напряжения смещения с подписью "Смещение" и кнопочный переключатель "Номер макета", предназначенный для выбора исследуемого блока. При нажатии кнопки с номером выбранного блока, на передней панели послед­него начинает светиться светодиод, и к исследуемой схеме подключается вольтметр и миллиамперметр. Вольтметр предназначен для установки и измерения напряжения смещения Есм, имеющегося в каждой схеме. Место подключения миллиамперметра при нажатии замыкают цепь, в которой они установлены, при отжатии - размыкают. На блоке №6 имеется кнопоч­ный переключатель для выбора функциональных узлов.

КТС ЛИРТУ содержит два встроенных генератора гармонических коле­баний с частотами F=1кГц и f=180кГц. Выходы этих генераторов соеди­нены с гнездами на лицевой панели макета. Амплитуды напряжений на выходах генераторов могут меняться с помощью регуляторов от 0 до 1В. В генераторе с частотой f=180кГц можно осуществить амплитудную моду­ляцию выходного напряжения с частотой модулирующего сигнала F=1кГц. Глубина модуляции амплитуды регулируется ручкой "М глубина модуляции".

При выполнении лабораторных работ внимательно изучите задание и строго следуйте методическим указаниям. Это обеспечивает Вам успех в изучении основ построения и функционирования различных радиотехнических устройств и систем.

 

 

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Радио и связь, 1988.

2.     Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М., Радио и связь, 1988.

3.     Кушнир В.Ф., Ферсман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. М., Связь, 1974.

4.     Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. М., Связь, 1982.

5.     3юко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория пере­дачи сигналов М., Радио и связь, 1986.

6.     Кловский Д.Д. Теория передачи сигналов. М.,Связь, 1973. 7.3юко А.Г., Коржик К.И., Назаров М.В., Кловский Д.Д. Теория электрической связи. М., Радио и связь, 1998.

7.     Теория электрической связи под ред. Кловского Д.Д. М., Радио и связь, 1999.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ    РАБОТА. № 1

ИССЛЕДОВАНИЕ LС -ГЕНЕPATOPA СИНУСОИДАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Цель  работы: исследование самовозбуждения и гене­рации колебаний в LC -генераторе и экспериментальное исследо­вание систем с обратной связью под внешним воздействием.    

Описание      лабораторной    установки

В работе изучается процесс самовозбуждения в генераторе, схема которого изображена на рис.1.1. Эта же схема лежит в осно­ве исследования систем с обратной связью под внешним воздейст­вием.

Рис. 1.1. Схема   LC –генератора

Колебательный контур в цепи стока полевого транзистора vti образован катушкой индуктивности L2 и конденсатором СЗ. Положительная обратная связь осуществляется с помощью катушки L1 и включается с помощью переключателя "+ВКЛ". Переключателем "-ВКЛ" включается отрицательная обратная связь. Величина взаимной индукции М катушек L1 и L2 регулируется ручкой М. Напряжение смещения Есм измеряется вольтметром и регулируется потенциометром» которые расположены в верхней части лабораторной установки. Переключатели "РЕГ" и "АВТ" служат для включения нап­ряжения смещения, регулируемого и автоматического, соответствен­но. Прерыватель используется для изучения переходных процессов и включается кнопкой "ВКЛ". Для наблюдения фазовых портретов в схему включена дифференцирующая цепочка.

При проведении исследования в работе используется генера­тор высокой частоты (ГВЧ), осциллограф и счетчик.

Лабораторная работа состоит из двух частей. В первой части исследуются режимы самовозбуждения и генерации колебаний, во второй - воздействие внешних колебаний на систему с обратной связью.

Лабораторное    задание

Часть 1

Исследование режимов самовозбуждения и генерации колебаний в LC -генераторе

1. Исследовать колебательные характеристики в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

2. Определить частоту генерируемых колебаний.

3. Исследовать зависимость амплитуды генерируемого напряжения от величины взаимоиндукции М в мягком и жестком режимах самовозбуждения»

4. Исследовать переходные процессы в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

5. Исследовать фазовые портреты.

Часть П

Исследование систем с обратное связью и од внешним воздействием

I.                   Исследовать зависимость коэффициента усиления регенеративно­го усилителя от величины обратной связи при различных напряжениях сигнала.

II.                Исследовать частотную характеристику регенеративного усили­теля.

III.             Исследовать явление синхронизации.

Методические    у к а з а н и я

Часть I

 1. Исследовать колебательные характеристики автогенератора в мягком и жестком режимах самовозбуждения

 

В данном пункте вместo амплитуды тока первой гармоники измеряется  пропорциональная ей величина напряжения U1 = I1 R ; где R - резонансное сопротивление контура

1.1. Включить лабораторную установку и макет №2 с помощью кнопок,  расположенных в верхней части лабораторной установки.

1.2. Разомкнуть цепь обратной связи, установив переключатели “+ВКЛ" и "-ВКЛ" в отжатое положение.

1.3. Установить рабочую точку в область мягкого peжима Есм»1В, при этом нажать кнопку смещения “РЕГ".

1.4. На вход автогенератора (гнездо I) подать от ГВЧ коле­бание с амплитудой    U = 50 мВ.

1.5. Подключить к выходу автогенератора (гнездо 3) вход yi осциллографа.

1.6. Установить частоту колебаний на выходе ГВЧ равной ре­зонансной частоте колебательного контура fpез=40 кГц. По максимальной амплитуде осциллограммы установить резонансную частоту.

1.7. Изменяя амплитуду входного сигнала от ГВЧ в пределах от 0 до IВ через 100 мВ измерить амплитуду выходного напряжения в клетках шкалы экрана осциллографа. Результаты измерений занес­ти в таблицу 1.1.

1.8. Установить рабочую точку в область жесткого режима Есм = 2,5В и повторить пункт 1.7.

Таблица 1.1.

Uвх, В

 

 

 

Мягкий режим Есм=

Uвых, В

 

 

 

Uвх, В

 

 

 

Жесткий режим Есм=

Uвых, В

 

 

 

 

2. Определить частоту генерируемых колебаний

2.1. Отключить ГВЧ.

2.2. Установить рабочую точку в область мягкого режима.

2.3. Включить цепь обратной связи, нажав кнопку "+ВКЛ".

2.4. Вращая ручку взаимоиндукции М добиться максимальной амплитуды колебания на экране осциллографа.

2.5. Включить счетчик кнопкой "СЕТЬ" для измерения частоты и нажать кнопку "СЧЕТЧ".

2.6. Соединить гнездо 3 автогенератора со входом “А" счетчика и записать показания счетчика.

2.7. Отключить счетчик от генератора.

3. Исследовать зависимости амплитуды генери­руемого напряжения от величины взаимоиндук­ции М в мягком и жестком режимах самовоз­буждения

3.1. Установить рабочую точку в область мягкого режима Есм=1В.

3.2. Включить цепь положительной обратной связи нажатием кнопки “+ВКЛ" и нажать кнопку "РЕГ** переключателя смещения.

3.3. Изменяя положение ручки М от 0 до 3 мГ с шагом 0,25 мГ, определить по клеткам экрана осциллографа величину амп­литуды генерируемых колебаний. Результаты измерений занести в таблицу 1.2.

3.4. Повторить пункт 3.3, изменяя М от 3 до 0.

3.5. Установить напряжение смещения, соответствующее жесткому режиму. Для этого ручку М установить в положение 3 мГ. Плавно уменьшая напряжение смещения от 5В определить величину Есм, при которой скачкообразно возникают колебания в автогене­раторе.

3.6. Повторить измерения по пунктам 3.3, 3.4. Результаты занести в таблицу 1.2.

 

Таблица 1.2

М

0

 

 

Мягкий режим Есм=

Uвых, В

 

 

М

3

 

Uвых, В

 

 

М

0

 

 

Жесткий режим Есм=

Uвых, В

 

 

М

3

 

Uвых, В

 

 

4. Исследовать переходные процессы в

мягком и жестком режимах самовозбуждения

4.1. Отключить ГВЧ, ручку М установить в положение "З". Рабочую точку установить в область жесткого режима. Нажать кноп­ку-прерыватель "BКЛ”. Получить на экране осциллографа осциллограмму двух импульсов и зарисовать ее.

4.2. Уменьшить напряжение смещения до величины, соответст­вующей мягкому режиму и зарисовать осциллографу.

4.3. Отметить различие между осциллограммами п.п. 4.1 и 4.2.

5. Исследовать фазовые портреты

 

5.1. Соединить гнездо 3 автогенератора со входом Y1 осцил­лографа. Гнездо 4 соединить со входом 1:1 блока синхронизации. Переключатель синхронизации установить в положение Вх.”Х”. По­лучить на экране осциллографа круговое изображение фазового портрета.

5.2. Установить напряжение смещения в области мягкого ре­жима. Нажать кнопку "ВКЛ" прерывателя и включить обратную связь кнопкой “+ВКЛ".

5.3. Изменяя положение ручки М от 0 до 3мГ добиться ус­тойчивого изображения спирали на экране осциллографа. Получен­ное изображение зарисовать.

Часть II

I. Исследовать зависимость коэффициента усиления регенеративного усилителя от величины обратной связи при различных напряжениях сигнала

1.1. На вход автогенератора (гнездо I) подключить ГВЧ и установить напряжение Uвх = 50 мВ. К выходу автогенератора (гнездо 3) подключить вход Y1 осциллографа. Установить Есм в область мягкого режима.

1.2. Включить кнопку обратной связи "+ВКЛ” и изменять вели­чину обратной связи ручкой М от "О" до значения, соответствую­щего пopoгy возбуждения через 0,25 мГ. Снять зависимость Uвых от величины обратной связи. Результаты измерения занести в таб­лицу 1.3.

1.3. Установить на ГВЧ   Uвх = 500 мВ и повторить п. 1.2.

Таблица 1.3

2. Исследовать частотную характеристику регенеративного усилителя

2.1. Выключить обратную связь, установив переключатели "-ВКЛ" и "+ВКЛ” в отжатое положение, ручку  М в положение "О" и напряжение смещения установить в область мягкого режима.

2.2. Подключить генератор к гнезду I, установить Uвых ГВЧ = 50 мВ и частоту равной резонансной частоте колебательного контура автогенератора.

2.3. Уменьшая частоту определить минимальное значение частоты входного колебания fmin, при которой амплитуда колебания на выходе автогенератора уменьшается от 0,I до уровня при резо­нансе.

2.4. Увеличить частоту от резонансной и определить fmах.

2.5. Изменяя частоту колебаний ГВЧ от fmin, до fmах  выполнить 10-12 измерений амплитуды выходного напряжения при разных значениях частоты, включая резонансную частоту. Результаты из­мерений занести в таблицу 1.4.

2.6. Включить обратную связь кнопкой "+ВКЛ" и отключить ГЗЧ.

2.7. Плавно вращая ручку М вправо определить значение взаимоиндукции, при которой возникают колебания, а затем слег­ка повернуть ручку влево до срыва колебаний.

2.8. Повторить п.п. 2.2, 2.3, 2.4. Результаты занести в таблицу 1.4.

                                  

Таблица 1.4

3. Исследовать явление синхронизации

 

3.1. Подключить ГВЧ к гнезду I автогенератора и установить напряжение  Uвх=1В. Вход YI осциллографа соединить со входом автогенератора (гнездо I). Включить кнопку смещения "АВТ" и обратную связь кнопкой "+ВКЛ”.

3.2. Выход автогенератора (гнездо 3) соединить со входом 1:1 блока синхронизации осциллографа, при этом переключатель синхронизации установить  в положение вход “Х". Ручку М установить в положение 3 мГ.

3.3. Изменяя частоту ГВЧ от 30 до 50кГц получить на экране осциллографа изображение эллипса.

3.4. Уменьшая частоту ГВЧ определить нижнюю границу полосы синхронизации fmin, появлению прямоугольного сплошного изоб­ражения на экране осциллографа. Значение частоты  fmin, записать в таблицу 1.5.

3.5. Увеличивая частоту ГВЧ получить эллипс, а затем прямоугольную сплошную фигуру. Значения частоты fmах  записать в таблицу 1.5.

3.6. Повторить пп. 3.4, 3.5 при напряжении от ГВЧ в преде­лах от I В до 0 через 0,1 В. Результаты занести в таблицу 1.5.

Таблица 1.5.

Uвх, В

 

 

 

 

 

fmin,кГц

 

 

 

 

 

fmах,кГц

 

 

 

 

 

Df,кГц

 

 

 

 

 

3.7. Полоса синхронизации рассчитывается по формуле Df  = fmах - fmin/2

3.8. Построить график зависимости Df =j (Uвх)

Содержание    отчета

Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему LС -генератора.

2. Результата измерений, оформленные в виде таблиц.

3. Графики экcпериментальных характеристик.

Контрольные    вопросы

I. Чем отличается положительная обратная связь от отрица­тельной?

2. Что называется балансом амплитуд и балансом фаз? Каков их физический смысл?

3. Что называется средней крутизной вольт-амперной харак­теристики?

4. Как изменяется средняя крутизна вольт-амперной характеристики в зависимости от величины входного напряжения и выбора рабочей точки?

5. Поясните методику определения стационарной амплитуды по колебательным характеристикам в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

6. Поясните методику определения стационарной амплитуды до графикам средней крутизны в мягком и жестком режимах самовозбуждения.

7. Нарисуйте трехточечные схемы автогенераторов и напишите  условия их самовозбуждения.

8. Нарисуйте схемы  LC-генераторов с параллельным и пос­ледовательным питанием. Поясните их достоинства и недостатки.

9. В чем состоит назначение автоматического смещения в схе­мах автогенераторов?

10. Как зависят коэффициент усиления и частотная характерис­тика регенеративного усилителя от величины обратной связи при различных напряжениях сигнала?  

11. В чем заключаются преимущества и недостатки регенера­тивного усилителя?

12. Поясните различие переходных процессов в мягком и жест­ком режимах самовозбуждения.

13. Что называется фазовым портретом автогенератора?

14. Что называется синхронизацией?

15. Как зависит полоса синхронизации от амплитуды входного воздействия?

16. Что такое явление синхронизации на гармониках, и каково его практическое применение?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ     РАБОТА     № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЗИСТИВНО-ЕМКОСТНОГО  ГЕНЕРАТОРА ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Цель работы: исследовать условия самовозбужде­ния и режим стационарных автоколебаний генератора; приобрести практические навыки исследования автогенераторов в стационарном режиме работы.

Описание    лабораторной установки

В работе исследуется резистивно-емкостной генератор (RС-генератор) гармонических колебаний, который расположен в блоке № 3 лабораторной установки. Структурная схема приведена на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Структурная схема лабораторной уста­новки

для исследования RС-генератора

RС-генератор содержит усилитель с регулируемым коэффициен­том усиления и RC-цепь. В генераторах изучаемого типа обычно применяют широкополосные усилители, у которых величина усиления практически не меняется в широкой полосе частот: К (w)=K , а фазовый сдвиг усилителя в этой же полосе частот практически равен нулю  j(w)=0.

Электрическая схема блока №3 представлена на рис. 2.2.

Усилитель выполнен на двух полевых транзисторах vti и VT2. Коэффициент усиления усилителя изменяется при помощи ручки "Усиление". Кнопкой "1 ® 2" включается или отключается обратная связь в усилителе, и кроме того, имеется возможность подключения инерционной обратной связи (ИОС) нажатием кнопки "ВКЛ" ИОС. Гнездо 3 служит для подключения ко входу усилителя внешнего генератора, либо при нажатии на кнопку "2®3 на вход усилителя подается напряжение обратной связи, снятое с одного из плеч частотоизбирательной (фазобалансной) RC-цепи. Одновременно на другое плечо RС-цепи подается напряжение ОС с усилителя. Сопротивления обоих резисторов R1 и R2 и емкости обоих конденсаторов C1 и С2 в парал­лельном к последовательном звеньях фазобалансной цепи равны друг другу. Изменяя одновременно сопротивления резисторов R1 и R2 ручкой "Частота" можно изменять частоту автоколебаний RС-генератора.

Лабораторное    задание

1. Исследовать амплитудно-частотную и фазо-частотную ха­рактеристики (АЧХ и ФЧХ) фазобалансной RС-цепи.

2. Снять колебательную характеристику и по ее графику опре­делить амплитуду стационарных автоколебаний.

3. Измерять частоту автоколебаний.

4. Исследовать форму генерируемых колебаний.

5. Исследовать фазовый портрет автогенератора.


 

Рис. 2.2. Электрическая схема RC-генератора


Методические   указания

I. исследовать амплитудно-частотную и фазо-частотную

характеристики (АЧХ и ФЧХ)

 

Для исследования АЧХ и ФЧХ необходимо выполнить следующее:

1.1. Включить лабораторную установку и блок 3 лаборатор­ной установки. Включить генератор и осциллограф.

1.2. На блоке № 3 лабораторной установки все кнопки должны быть отжаты. Ручку "Частота" установить в крайнее левое положение, а ручку "Усиление" установить в крайнее правое положение.

1.3. Соединить выход генератора с гнездом I. Установить на выходе генератора частоту f = 200 Гц и амплитуду U = 3.0 В.

1.4. Ручку "Синхронизация" на осциллографе установить в положение "ВНУТР. I"? а вход Yl- соединить с гнездом 2.

1.5. Изменяя частоту генератора f от 200 Гц до 2 кГц, измерять напряжение U при помощи осциллографа. Результаты измерений занести во вторую строку таблицы 2.1.

1.6. Ручку "Синхронизация" на осциллографе установить в положение "ВХОД X", а вход "X" соединить с гнездом I. Отсоединить вход "Y1 осциллографа и установить напряжение на выходе та­ким, чтобы длина горизонтальной линии равнялась шести клеткам на экране осциллографа.

1.7. Отсоединить вход "X" осциллографа и установить на вы­ходе генератора первое значение частоты f  из таблицы 2.1.

I.8. Соединить вход "yi" осциллографа с гнездом 2. Ручкой "Усиление" на осциллографе установить размер вертикальной линии, равный шести клеткам экрана осциллографа.

1.9. Соединить вход "X" осциллографа с гнездом I. При этом на экране осциллографа появится фигура Лиссажу (см. рис. 2.3). Измерить (в мм) отрезки А и Б. Сдвиги фаз вычислить по формуле:         Ф=arcsinA/Б. Отсоединить вход "X" осциллографа.

1.10. Повторить пп. 1.8 и 1.9 для всех значений частоты из таблицы 2.1. Результаты измерений занести в третью и четвёртую строки таблицы 2.1.

 

Рис. 2.3. Фигура Лиссажу

Таблица 2.1.

f, кГц

0,2

0,4

0,6

………….

2

U, В

 

 

 

 

 

A, мм

 

 

 

 

 

B, мм

 

 

 

 

 

Ф, град

 

 

 

 

 

 

I.II. По данным таблицы 2.1. построить годограф Найквиста и определить частоту генерации fг.

2. Снять колебательную характеристику усилителя,

т.е. зависимость Uвых (Uвх), при разомкнутой цепи обратной связи

2.1. Повторить пункт 1.2. Соединить выход генератора с гнез­дом 3. Установить на генераторе частоту  fг.с амп­литудой 2,0 В.

2.2. На осциллографе ручку "Синхронизация" установить в по­ложение "ВНУТР.Iм. а вход "Y1" соединить, c гнездом 4.

2.3. Изменяя напряжение генератора Uвх от 2 до 0В че­рез 0,2В, измерять соответствующие значения напряжения Uвых, на экране осциллографа. Результаты измерений занести в таблицу 2.2

Таблица 2.2.

Uвх, В

2

1,8

1,6

………….

0

UвыхИОС выкл.

 

 

 

 

 

UвыхИОС вкл.

 

 

 

 

 

 

2.4 . Включить инерционную обратную связь нажатием кнопки "ВКЛ. ИОС" и повторить пункт 2.3 измерений.

2.5. По данным таблицы 2.2 построить графики в одной сис­теме координат. Сравнить графики при включенной и выключенной ИОС.   

3. Измерить частоту автоколебаний.

3.1. Повторить пункт 1.2. Включить частотомер и соединить его вход "А" с гнездом 4. Нажать кнопку "2 ®3" и записать ус­тановившиеся через 2..3 мин показания частотомера. Сравнить по­казания частотомера с частотой fг .

4. Исследовать форму генерируемых колебаний

4.1. Повторить пункт 1.2. Соединить вход "yi" осциллогра­фа с гнездом 4 блока № 3 лабораторной установки.

4.2. Замкнуть обратную связь через фазобалансную RC-цепь нажатием кнопки "2 ® З". Наблюдать и зарисовать осциллограммы колебаний при включённой и выключенной ИОС.

4.3.Соединить непосредственно выход усилителя с его входом нажатием кнопки "2® I". Наблюдать и зарисовать осциллограммы колебаний при включённой и выключенной ИОС.

5. Исследовать фазовый портрет

 

5.1. Повторить пункт 1.2. Соединить вход "Х" осциллог­рафа с гнездом 4, а вход "Y1" с гнездом 5. На осциллографе ручку "Синхронизация" установить в положение "ВХОД Х".

5.2. Замкнуть обратную связь через фазобалансную RС-цепь нажатием кнопки "2 ® 3" и включить ИОС. При помощи ручки "Усиле­ние" осциллографа добиться, чтобы размер фигуры на экране осцил­лографа был одинаков по горизонтали и вертикали.

5.3. На блоке № 3 лабораторной установки нажать кнопку "ВКЛ" Прерывателя и, вращая ручку "Усиление", получить устой­чивое изображение фазового портрета в виде спирали. Получен­ную осциллограмму зарисовать.

5.4. На осциллографе поставить ручку "Синхронизация" в положение "Внутр. I" и зарисовать полученную осциллограмму переходного процесса.

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Структурную и электрическую схемы установки.

2. Таблицы измерений и графики АЧХ и ФЧХ.

3. Годограф Найквиста.

4. Таблицу измерений и графики колебательной характе­ристики.

5. Значения частоты генерации, определенные при помощи годографа Найквиста и частотомера.

6. Осциллограммы генерируемых колебаний.

7. Осциллограммы фазового портрета и переходного процесса.

 

Контрольные    вопросы

1. Что называется обратной связью; в чем назначение цепи обратной связи в автогенераторах?

2. Начертите схемы четырехполюсников и цепи обратной связи в схемах RС-автогенераторов (генератор с фазобалансной цепью и с трехзвенной RC-цепочкой).

3. Каким образом обеспечивается выполнение условий баланса фаз и баланса амплитуд в схеме с фазобалансовым мостом и в схеме с трехзвенной цепочкой?

4. Чем обеспечивается гармоническая форма автоколебаний в RC-генераторах? Что называют элементами инерционной нелиней­ностью, в какую цепь их включают, для чего?

5. Напишите формулы частоты автоколебаний в фазобалансной  схеме и в схеме с трехзвевной RС-цепочкой.

6. Как и почему изменится частота колебаний в схеме генератора с цепочкой из трех RC-звеньев, если к цепочке добавить четвертое звено?

7. Нарисуйте схемы для измерений амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик в данной работе..

8. Объясните метод измерений разности фаз колебаний по фигypaм Лиссажу.

9. Как по известной амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристикам построить амплитудно-фазовую характеристику системы?

10. Сформулируйте критерий устойчивости Найквиста.

11. Сравните преимущества и недостатки генераторов типа RС и LC.

12. Что называется фазовым портретом?

 

ЛАБОРАТОНАЯ РАБОТА №3

ОГРАНИЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ.

Цель работы: изучение принципиальных схем ограничителей мгно­венных и амплитудных значений колебаний и исследование их характери­стик; приобретение навыков экспериментального исследования преобразо­ваний сигналов в нелинейных безынерционных цепях.

Описание лабораторной установки.

В лабораторной работе исследуется транзисторный ограничитель мгновенных значений и транзисторный ограничитель амплитудных значе­ний.

На рис.3.1 изображена электрическая схема исследуемого ограничите­ля колебаний.

Рис. 3.1. Схема ограничителя.

В качестве нелинейного элемента используется полевой транзистор VТ1. Нагрузку транзистора можно менять: при нажатии кнопки "R" на­грузкой транзистора служит резистор R, и мы имеем возможность иссле­довать ограничитель мгновенных значений; при нажатии кнопки "LС" в выходную цепь транзистора включается параллельный колебательный контур LС, и мы имеем возможность исследовать ограничитель амплитуд­ных значений.

Гнезда 4, 5 используются для подключения осциллографа. При вы­полнении лабораторной работы наблюдается форма сигнала на входе транзистора (гнездо 4), на его выходе (гнездо 5). Амплитуда выходного тока транзистора измеряется миллиамперметром, который находится на лице­вой панели лабораторного макета. Диод VD1, конденсаторы сн резистор Rн не входят в состав ограничителя и используются с целью измерения выходного тока транзистора (кнопки 3, 30, 300 должны быть отжаты).

В лабораторной работе используется генератор низкочастотных гар­монических колебаний и осциллограф.

Напряжение смещения, как в схеме транзисторного ограничителя мгновенных значений, так и в схеме транзисторного ограничителя ампли­тудных значений регулируется ручкой "смещение" на лицевой панели ла­бораторного макета.

Вольтметр, расположенный на лицевой панели, показывает значение напряжения смещения (отрицательное).

Лабораторное задание.

1. Исследовать транзисторный ограничитель мгновенных значений.

2. Исследовать транзисторный ограничитель амплитудных значе­ний.

 

Методические указания.

1. Исследовать транзисторный ограничитель мгновенных значений.

1.1. Включить лабораторную установку и блок №1 лабораторной ус­тановки. Включить измерительные приборы. Нажатием кнопки "R" вклю­чить в выходную цепь транзистора нагрузку R.

1.2. Снять и построить вольтамперную характеристику (ВАХ) тран­зистора.

Для снятия ВАХ транзистора необходимо изменять напряжение смещения Есм от 0 до 3 через 0,2 В (вольтметр показывает отрицательные напряжения). Для каждого показания миллиамперметра, показывающего значение тока при нажатой кнопке, расположенной в правой нижней части задней стенки лабораторной установки. Результаты измерений тока зане­сти в таблицу 1.1

Таблица 3.1.

Есм

0

-0,2

-0,4

-0,6

-0,8

…….

-2,4

-2,6

-2,8

-3

I,мА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По табличным данным построить ВАХ.

 

1.3. Получить выходной сигнал без ограничения.

1.3.1.По построенной ВАХ определить значение напряжения смеще­ния Есм, которой соответствует середине линейного участка ВАХ. По той же характеристике определить максимальную амплитуду входного напря­жения, которая не выходит за пределы линейного участка ВАХ.

1.3.2.Подключить генератор НЧ к входному гнезду 3 транзисторного ограничителя. На генераторе установить частоту 14 кГц и выходное на­пряжение, определенное по ВАХ. Установить напряжение смещения Есм, выбранное по ВАХ,

1.3.3.Соединить вход Y1 осциллографа с гнездом 3, а вход Y2 с гнез­дом 5. Синхронизация осциллографа в режиме "вход 1".

1.3.4.Зарисовать одну под другой полученные осциллограммы на входе и выходе ограничителя и записать напряжение смещения и амплиту­ду напряжения генератора.

1.4. Получить ограничение снизу.

1.4.1. По ВАХ определить значение напряжения смещения Есм, кото­рое соответствует нижнему загибу ВАХ.

1.4.2. Ручкой Есм установить найденное значение напряжения сме­щения.

1.4.3. Значения частоты и амплитуды выходного сигнала генератора НЧ оставить такими же, как в п. 1.3.1.

1.4.4. Зарисовать полученные осциллограммы, и записать напряжения смещения на выходе генератора.

1.5. Получить двустороннее ограничение.

1.5.1. Ручкой Есм установить напряжение смещения, соответствую­щее середине линейного участка ВАХ.

1.5.2. На генераторе НЧ установить амплитуду выходного сигнала в несколько раз больше, чем в п. 1.3.

1.5.3. Плавно изменяя напряжение смещения добиться симметрично­го ограничения синусоидального колебания как сверху, так и снизу.

1.5.4. 3арисовать полученные осциллограммы и записать напряжения смещения и на выходе генератора.

2. Исследовать транзисторный ограничитель амплитудных значений.

2.1. Нажатием кнопки "LС" включить в выходную цепь транзистора колебательный контур.

2.2.Установить напряжение смещения Есм, соответствующее середи­не прямолинейного участка ВАХ.

2.3. Подключить к гнезду 3 вход Y1 осциллографа, к гнезду 5 подключить Y2.

2.4. Оставив подключенным к гнезду 3 генератор низкой частоты, ус­тановить на его выходе амплитуду колебаний 0,5В. Изменяя частоту ГНЧ от 11 до 17 кГц, добиться резонанса в контуре по максимуму амплитуды выходного сигнала на экране осциллографа. Значение частоты  fр записать.

2.5. Снять и построить амплитудную характеристику ограничителя амплитудных значений.

2.5.1. Установить напряжение, смещения Есм, соответствующее сере­дине линейного участка ВАХ.

2.5.2. Оставив подключенным к гнезду 3 ГНЧ, установить fр. Изменяя входное напряжение Uвх от 0 до 5В через 0,4В. Для каждого Uвх регистри­ровать показания миллиамперметра, показывающего значение амплитуды тока, которые будут пропорциональны напряжению на контуре. Результа­ты измерений занести в таблицу 3.2.

Таблица 3.2.

Uвх

0

0,5

1

1,5

2

…….

3,5

4

4,5

5

I,мА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По табличным данным построить амплитудную характеристику ог­раничителя I=f(Uвх).

2.6. Наблюдать и зарисовать полученные осциллограммы при различных режимах работы транзистора.

2.6.1. Установить напряжение смещения ЕСМ, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

2.6.2. Оставив подключенным к гнезду 3 ГНЧ, установить fр и амплитуду выходного напряжения, найденное п. 1.3.1.

2.6.3.  Соединить  входы “Y1” и “Y2” осциллографа с гнездами 3 и 5 лабораторной установки.

2.6.4. Зарисовать полученные осциллограммы.

2.6.5. Установить напряжение смещения ЕСМ, соответствующее нижнему загибу ВАХ.

2.6.6. Зарисовать полученные осциллограммы.

2.6.7. Установить напряжение смещения ЕСМ, соответствующее середине линейного участка ВАХ.

2.6.8. Установить амплитуду выходного напряжения  в 2 раза больше, чем в п. 2.6.2.

2.6.9. Зарисовать полученные осциллограммы.

 

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

1. Структурные схемы измерений.

2. Принципиальные электрические схемы транзисторного ограничи­теля мгновенных значений, и транзисторного ограничителя амплитудных значений, исследуемых в лабораторных работе.

3. Осциллограммы колебаний.

4. Таблицы измерений и графики характеристик.

5. Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение угла отсечки.

2. Объясните с помощью метода трех координатных плоскостей сущность метода угла отсечки.

3. В чём заключается принцип ограничения колебаний ?

4. Чем отличаются ограничители мгновенных значений от ампли­тудных ограничителей?

5. Нарисуйте принципиальные схемы диодных ограничителей свер­ху, снизу и с двухсторонним ограничением и объясните принцип работы этих схем.

6. Нарисуйте временные диаграммы и амплитудные характеристики ограничителей сверху, снизу и с двухсторонним ограничением.

7. Нарисуйте принципиальную схему ограничителя амплитудных значений на транзисторе и объясните принцип работы.

8. Укажите область применения ограничителей мгновенных значе­ний и амплитудных ограничителей.

9. Объясните назначение колебательного контура в ограничителе амплитуд.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4.

УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ.

Цель работы: изучить возможность увеличения частоты гар­монических колебаний в целое число раз в нелинейных цепях с из­бирательной нагрузкой; приобрести навыки экспериментального ис­следования нелинейных избирательных цепей при безинформационых преобразованиях сигнала.

 

Описание лабораторной установки.

В лабораторной работе используется блок №1 лабораторной установки, содержащий транзисторный умножитель частоты, схема которого приведена на рис.4.1.

Рис. 4.1. Транзисторный умножитель частоты.

Нагрузкой транзистора в умножителе частоты служит колебатель­ный контур LС с резонансной частотой fрез = 16 кГц. Для измерения пара­метров коллекторного тока транзистора в качестве нагрузки используется резистор R. Переключение нагрузки осуществляется с помощью кнопоч­ных переключателей "ВКЛ " на блоке №1, расположенных под условными обозначениями. При нажатии левой кнопки нагрузкой транзистора служит резистор R, а при нажатии правой кнопки- колебательный контур LC.

Напряжение Есм устанавливается при помощи регулятора "смещение " и вольтметра Есм, расположенных в верхней части лабораторной уста­новки в блоке питания и измерений.

При использовании в качестве нагрузки транзистора R, форма вход­ного напряжения повторяет форму коллекторного тока транзистора. При подключении колебательного контура выходной сигнал имеет форму гар­монического колебания, т.к. контур выделяет одну из гармонических со­ставляющих сигнала, частота, которой совпадает с резонансной частотой контура.

В лабораторной работе используется генератор низкой частоты (ГНЧ) и двухлучевой осциллограф.

Измерительные приборы и лабораторная установка заземлены, по­этому все соединения выполняются при помощи одножильных проводов. Выход генератора (незаземленная клемма) соединяется со входом 1 умно­жителя частоты. Вход Y1 осциллографа соединяется с гнездом 1, вход Y2 c гнездом 5 умножителя частоты. Использование двухлучевого осцилло­графа позволяет выполнять совместное наблюдение осциллограмм на вхо­де и на выходе.

Лабораторное задание.

1. Собрать схему лабораторной работы, установить электрический режим умножителя и определить резонансную частоту колебательного контура.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза, и исследовать за­висимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

Методические указание.

1. Собрать схему лабораторной установки, установить электриче­ский режим умножителя и определить резонансную частоту колебательно­го контура.

1.1. Включить лабораторную установку и измерительные приборы.

1.2. Соединить выход генератора НЧ (незаземленная клемма) со вхо­дом 1 умножителя частоты.

1.3. Включить колебательный контур LC в качестве нагрузки тран­зистора, для этого нажать правую кнопку переключателя нагрузок.

1.4. Установить напряжение смещения Есм, =2 В.

1.5. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой U=0,5В по измерительному прибору генератора НЧ с частотой f = 16 кГц.

1.6. Подключить вход Y1 осциллографа к гнезду 1, а вход Y2 к гнезду 5 умножителя частоты. Синхронизация осциллографа осуществляется в режиме " внутр. 1".

1.7. Получить в верхней части экрана осциллографа осциллограмму входного колебания, а в нижней- выходного. Осциллограммы должны со­держать по 2-3 колебания (периода).

1.8. Вращая ручку установки частоты ГНЧ добиться наибольшей ам­плитуды выходного колебания. При точной настройке в резонанс сдвиг фаз между верхней и нижней осциллограммами равен нулю.

1.9. Записать значение резонансной частоты со шкалы установки ге­нератора.

2. Исследовать влияние напряжения смещения на угол отсечки тока.

2.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф, и включить резистор R в качестве нагрузки транзистора на­жатием левой кнопки переключателя нагрузок транзистора.

2.2. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, равной резонансной частоте колебательного контура.

2.3. Изменяя напряжение от 0 до 3 В наблюдать изменение формы колебаний на выходе схемы. При напряжении смещения Есм= выход­ное колебание близко по форме к гармоническому. При увеличении на­пряжения до 3В происходит ограничение (отсечка) колебания. Графики, поясняющие процесс ограничения, показаны на рис.4.2.

Рис. 4.2. Процесс ограничения.

 

Для определения угла отсечки q  в градусах по осциллограмме вы­ходного колебания требуется измерить в клетках шкалы экрана осцилло­графа интервалы Т и t. Угол отсечки определяется соотношением

                                    (4.1)

2.4. Изменяя напряжение смещения выполнить 10-12 измерений угла отсечки. Диапазон изменений напряжения смещения определяется измене­нием угла отсечки от 180° до q ° (Есм=1..3В, шаг выбирается равным 0,1... 0,2В). Данные измерений величин и Т занести в таблицу 4.1. Таблицу дополнить расчетом углов отсечки, выполненных по соотношению (4.1).

Таблица 4.1.

Есм

1

-1,2

-1,4

-1,6

-1,8

…….

-2,4

-2,6

-2,8

-3

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Построить график зависимости угла отсечки от напряжения смещения.

3. Наблюдать явление умножения частоты в 2 раза и исследовать за­висимость амплитуды выходного напряжения от угла отсечки.

3.1. Оставить подключенными к умножителю частоты генератор и осциллограф. Установить на выходе генератора колебание с амплитудой 0,5В и частотой, в 2 раза меньше резонансной частоты колебательного контура LC.

3.2. Включить колебательный контур LC  в качестве нагрузки транзи­стора и плавно уменьшая напряжение смещения от 5В, добиться макси­мального значения амплитуды исследуемой гармоники. Построить частоту генератора НЧ для более точной настройки в резонанс.

3.3. Зарисовать одну под другой осциллограммы колебаний на входе и выходе умножителя частоты. Записать напряжение смещения и величину амплитуды входного напряжения.

3.4. Подготовить таблицу для записи результатов измерений и расче­тов (табл.4.2).

Таблица 4.2.

Коэффициент умножения n=fвых/fвх=2

Есм

3

2,8

2.6

……………..

1,6

1,4

1,2

1

Un(B)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Umax(B)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

an

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.5. Определить границы изменения напряжения смещения, между которыми происходит явление умножения частоты.

3.5.1. Перемещая ручку регулятора смещения вправо, определить и записать напряжение смещения- Емакс, при котором амплитуда исследуе­мой гармоники становится равной нулю.

3.5.2. Плавно перемещая ручку регулятора смещения влево наблю­дать изменение амплитуды исследуемой гармоники и определить напря­жение смещения- Емин, при котором вновь амплитуда становится равной нулю.

Примечание: для второй гармоники величина Емин определяется по исчезновению колебания с наименьшей амплитудой. Обратите внимание на то, что при умножение частоты в 2 раза в осциллограмме наблюдается колебания с разной амплитудой.

3.6. Изменяя напряжение смещения от - Емакс до Емин с шагом 0,1 ...0,2В определить и записать в таблицу амплитуду исследуемой гар­моники Un и амплитуду импульсного напряжения. Величина Un измеряет­ся в клетках экрана осциллографа по вертикали при использовании в каче­стве нагрузки транзистора колебательного контура LC, а величина Umax - при использовании резистора R. При каждом значении напряжения сме­щения необходимо измерять поочередно обе величины. Величины град q и  an определяются при составлении отчета.

Метод расчета коэффициента угла отсечки.

Коэффициент угла отсечки равен:     an= In/Imax  ,                           (4.2)

где Imax - максимальное значение тока, протекающего через нелинейный элемент (транзистор);

In - амплитуда “n”ой гармонической составляющей тока.

Вместо измерений значений  Imax  и In в лабораторной работе измеряются пропорциональные им значения напряжений  Umax и Un. При измерении Umax нагрузкой транзистора служит резистор R, паде­ние напряжения на котором

Umax = Imax R .                                                     (4.3)

При измерении амплитуды In “n”ой гармоники коллекторного тока используется колебательный контур. Гармоническая состав­ляющая тока, частота которой совпадает с резонансной частотой контура, создает на нем падение напряжения

Un =  In Rое  ,                                                                                            (4.4)

где Roe - активное сопротивление колебательного контура при резонансе.

С учётом выражений (2.3) и (2.4) коэффициент угла отсечки можно определить следующим образом:

.                                    (4.5)

Численное значение коэффициента пропорциональности К может быть определено при обработке экспериментальных данных.

Коэффициент К в соотношении 2.5 может быть определен по экспе­риментальным данным пп. 3.2-3.6. В результате их выполнения становятся известны значения Umax и Un в режиме работы без отсечки (q=180°). Составляя их отношение и учитывая, что  при (q=180°), из соотношения (4.5) получим

К = Umax / Un  при q=180°                                 (4.6)

Значение угла отсечки определяется по графику, построенному по результатам таблицы 4.1.

Содержание отчета. Отчет должен содержать:

1. Принципиальную схему исследуемого умножителя частоты.

2. Таблицу 2.1 измерений и график зависимости an (q ).

3. Выводы о степени совпадения экспериментальных результатов определения зависимости an(q ) с теоретическими.

Контрольные вопросы.

1. При каком виде аппроксимации для гармонического анализа используется метод угла отсечки?

2. Поясните, используя метод трех координатных плоскостей, явле­ние отсечки тока в нелинейном элементе. Дайте определение угла отсечки.

3. Что называют коэффициентами угла отсечки? От чего они зависят?

4. Каким отношением связаны коэффициент угла отсечки, амплитуда тока In  "n-ой" гармоники и максимальное значение импульса тока?

5. При каких значениях углов отсечки амплитуды гармоник тока достигают максимальных значений?

6. Приведите методику расчета амплитуд гармоник тока через нели­нейный элемент при использовании метода угла отсечки.

7. Какое преобразование сигнала называют " умножением частоты"? В каких устройствах и для каких целей используется умножение частоты?

8. Поясните, почему умножение частоты может быть произведено в нелинейной цепи? Изобразите схему умножителя частоты на транзисторе.

9. Как достигается умножение частоты в большее число раз?

10. Что называют оптимальным умножением частоты? Приведите примеры вольтамперных характеристик нелинейных элементов, исполь­зуемых в оптимальных умножителях частоты.

11. В чём преимущество использования нелинейных реактивных элементов в умножителях частоты перед нелинейными активными элемен­тами?

12. Поясните возможность построения умножителей частоты на ос­нове использования параметрических элементов.

13. Поясните методику определения значения углов отсечки, исполь­зуемую в настоящей работе.

14. Поясните методику определения зависимости коэффициентов уг­ла отсечки от значений угла отсечки, применяемую в настоящей лабора­торной работе.

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ АМПЛИТУДНОГО МОДУЛЯТОРА

Цель работы: изучить принцип работы амплитудного модуля­тора и приобрести навыки экспериментального исследования качест­венных показателей модуляторов.

Описание лабораторной установки.

 Структурная схема лабораторной установки изображена на рис. 5.1.

Рис.5.1. Структурная схема лабораторной установки для исследова­ния амплитудной модуляции.

На вход нелинейного элемента (НЭ) действует сумма Uвх(t)=Uw(t)+UW(t)  высокочастотного Uw(t)=Uwcoswt и низкочастотного UW(t)=UW(t)cosWt гармонических колебаний, вырабатываемых генераторами ГВЧ и ГНЧ. Спектр АМ сигнала выделяется с помощью полосового фильтр (ПФ).

На рис. 5.2. изображена принципиальная электрическая схема исследуемого модулятора. В качестве нелинейного элемента используется полевой транзистор VT1. Нагрузку транзистора можно менять: при нажатии кнопки “R нагрузкой транзистора служит резистор R; при нажатии кнопки "LC" в выходную цепь транзистора включается параллельный LC колебательный контур. Его резонансная частота fрез=14 кГц. Добротность контура можно менять, подключая к нему кнопкой "Rш шунтирующий резистор Rш.

Генератор высокочастотных и низкочастотных сигналов подключаются к гнездам 1.3 на выходе сумматора. Ко входу сумматора подсоединен источник напряжения смещения см).

Гнезда 4,5 и 6 используются для подключения осциллографа. При выполнении лабораторной работы наблюдается форма сигнала на входе транзистора (гнездо 4), на его выходе (гнездо 5) и на выходе модулятора (гнездо 6). Если нагрузкой транзистора служит резистор R (нажата кнопка "R"), то форма напряжения на его входе (гнездо 5) повторяет форму вы­ходного тока транзистора.

Амплитуда выходного тока транзистора измеряется миллиампермет­ром. Диод VD1, конденсаторы Сн и резистор Rн не входят в состав модуля­тора и используются с целью измерения выходного тока транзистора.

В качестве генератора высокочастотных сигналов (ГВЧ) использует­ся промышленный генератор гармонических сигналов ГЗ-36; в качестве низкочастотных - встроенный (внутренний) генератор гармонических ко­лебаний с частотой F = 1 кГц.

Рис. 5.2. Принципиальная электрическая схема амплитудного модулятора.

 

Методические указания

1. Исследовать статическую модуляционную характеристику.

СМХ представляет собой зависимость амплитуды первой гармоники выходного тока I1 от модулирующего напряжения. Для исследования СМХ в качестве модулирующего напряжения используется напряжение смеще­ния.

Для исследования СМХ необходимо выполнить следующее:

1.1. Включить лабораторную установку и блок №1 лабораторной ус­тановки. Включить измерительные приборы. Установить напряжение смещения E=2В. Нажатием кнопки "LC" включить колебательный контур. Уменьшить добротность контура нажатием кнопки "Rш.

1.2. Подключить ГВЧ к гнезду 1. Установить частоту сигнала f = 14 кГц и амплитуду Uw =1 В.

1.3. Подключить к гнезду 6 вход "Y1" осциллографа. Изменяя часто­ту ГВЧ от 11-17 кГц, добиться резонанса в контуре по максимуму ампли­туды выходного сигнала на экране осциллографа. Значения частоты запи­сать.

1.4. Изменять напряжение смещения Есм от 3В до нуля через 0,2 В. Для каждого значения Есм регистрировать показания миллиамперметра, показывающего значение амплитуды тока. Результаты измерений тока за­нести во вторую строчку таблицы 5.1.

Таблица 5.1

Есм

3

2,8

2.6

……………..

0,6

0,4

0,2

0

I1,мА

 

 

 

 

 

 

 

 

1.5. По полученным данным построить график зависимости I1=fсм).

 

2. Исследовать динамическую характеристику (ДМХ).

Динамическая модуляционная характеристика (ДМХ) характеризует зависимость коэффициента амплитудной модуляции "М" от амплитуды модулирующего напряжения uW.

Для изучения ДМХ следует выполнить следующее:

2.1. Установить напряжение смещения Есм, соответствующее середине прямолинейного участка СМХ, снятой для Uw =1B.

2.2. Оставив подключенным к гнезду 1 ГВЧ, установить на его выходе амплитуду uw=ib.

2.3. Подключить к гнезду 2 генератор низкочастотных колебаний с час­тотой F=1 кГц (используется встроенный в макет генератор гармонических колебаний).

2.4. Изменяя амплитуду uW сигнала ГНЧ от нуля до значений, при ко­торых становятся заметными искажения AM сигнала на выходе модулято­ра (форма AM сигнала контролируется по осциллографу), измерить пара­метры Amin и Атах (рис.3.3.) модулированного сигнала, выполнить 6-8 из­мерений для различных значений uW. Данные занести в таблицу 5.2.

Таблица 5.2.

uW,B

 

 

 

 

 

 

 

 

Amin,B

 

 

 

 

 

 

 

 

Amax,B

 

 

 

 

 

 

 

 

M, %

 

 

 

 

 

 

 

 

По данным таблицы 5.2. выполнить расчет коэффициентов модуля­ции по формуле:

                       (5.1)

Рис.5.3. Форма сигнала на выходе модулятора.

Домашнее задание.

Построить временную диаграмму AM сигнала uam(t)=Uo{l+Mx(t)} cosw0t. Параметры AM сигнала заданы в таблице вариантов.

 

 

 

 

 

Таблица 5.3

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Структурную схему установки и принципиальную схему модуля­тора.

2. Таблицу данных измерений и график СМХ.

3. Таблицу данных измерений и график M=f(UW).

4. Домашнее задание.

Контрольные вопросы.

     1. Зачем нужна модуляция? Какие виды модуляции вы знаете?

2. Какой вид модуляции называется амплитудной?

3. Почему электрическая цепь, предназначенная для получения ам-плитудно-модулированных колебаний должна быть существенно нелиней­ной?

4. Каким степенным полиномом аппроксимируется вольтамперная характеристика, при которой обеспечивается искаженная модуляция?

5. Что такое коэффициент глубины модуляции? Напишите его ана­литическое выражение.

6. Изобразите временные и спектральные диаграммы амплитудно-модулированного колебания при гармоническом сигнале.

7. Нарисуйте принципиальную схему транзисторного модулятора с модуляцией смещения.

8. Дайте определение статической модуляционной характеристики.

9. Поясните (графически и аналитически), каким образом можно по­лучить по известной вольтамперной характеристике нелинейного элемента статическую модуляционную характеристику?

10. Как выбрать режим работы модулятора по статической модуля­ционной характеристике?

11. Как повлияет на форму AM колебания изменение напряжения смещения модулируемого усилителя?

12. Как повлияет на форму AM колебания расстройка колебательно­го контура относительно несущей частоты?

13. Можно ли получить хорошее качество модуляции при апериоди­ческой нагрузке транзистора?

14. Почему изменяется коэффициент модуляции при изменении доб­ротности контура в нагрузке транзистора?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА №6

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНО-МОДУЛИРОВАННЫХ КО­ЛЕБАНИЙ.

Цель работы: изучить процесс детектирования амплитудно-модулированных колебаний в нелинейных цепях и приобрести навыки в исследовании схем детекторов.

Описание лабораторной установки.

В работе исследуется процесс детектирования в диодном (рис.6.1.) детекторе. Диодный детектор конструктивно совмещен с модулятором в блоке №1 лабораторного стенда. Гнезда 6 и 7 являются входом и выходом диодного детектора.

В работе используется осциллограф и генератор ГЗ-36 для получения несущего колебания (ГВЧ).

Миллиамперметр стенда позволяет измерять постоянный ток, проте­кающий через активное сопротивление нагрузки Rн=10к0м.

Параллельно активному сопротивлению нагрузки можно подклю­чить конденсатор Сн, значение которого (3, 30 или 300 нФ) выбирается на­жатием соответствующей кнопки.

                       Модулятор сигналов AM      Диодный детектор

Рис. 6.1. Принципиальная схема модулятора и диодного детектора.

 

 

Лабораторное задание.

1. Исследовать влияние параметров нагрузки на качество детектиро­вания в диодном детекторе.

2. Исследовать диодную характеристику диодного детектора.

 

Методические указания.

 

1. Исследовать влияние параметров нагрузки на качество детектиро­вания.

1.1. Сформировать AM сигнал с глубиной модуляции М=100%. Для этого необходимо повторить действие по подключению приборов и вклю­чению макета по пунктам 1.1. - 1.3. и 2,1. - 2.3. предыдущей лабораторной работы № 3. Для получения искаженной модуляции рекомендуется уста­новить на выходе ГВЧ амплитуду сигнала U = 1.0 В.

1.2. Изменяя с помощью кнопок «Сн» значения ёмкости нагрузки, наблюдать соответствие формы огибающей входного AM сигнала и вы­ходного сигнала детектора. Зарисовать осциллограммы ёмкости: Сн= 3 нФ; Сн = 30 нФ; Сн = 300 нф, а также при отключении конденсатора Сн .

1.3. Рассчитать требуемое значение величины ёмкости конденсатора Сн из условия:

где: f = 14кГц- частота несущего колебания;

F=1кГц - частота модулирующего колебания;

Rн=10кОм сопротивление нагрузки.

 

1.4. Кнопкой Сн подключить конденсатор требуемой ёмкости.

2. Исследовать детекторную характеристику диодного детектора.

2.1. При проведении данного исследования на вход детектора пода­ётся немодулированное высокочастотное колебание. Для этого необходи­мо отсоединить от входа модулятора (гнёзда 1 и 2) выходы ГНЧ и ГВЧ и соединить выход ГВЧ со входом детектора (гнездо 6).

Вход осциллографа Y2 можно отключить от выхода детектора (гнездо 7), так как постоянная составляющая тока детектора измеряется с помощью миллиамперметра, вмонтированного в лабораторный стенд.

Вход осциллографа Y1 оставить подключенным ко входу детектора (гнездо 6).

2.2. Изменяя амплитуду сигнала на выходе ГВЧ (на входе детектора) от 0 до через 0,2В, регистрировать показания миллиамперметра. Ре­зультаты измерений занести в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.

U0

0

0,2

0,4

……………..

1,4

1,6

1,8

2

I0,мА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Домашнее задание.

На диодный детектор воздействует амплитудно-модулированное колеба­ние U(t) = Uo {l+Mcos2pFt} cos2pf0t.

Требуется:

1. Нарисовать схему диодного детектора и объяснить принцип его работы.

2. Определить значение активного сопротивления нагрузки Rн для получения заданного значения коэффициента передачи Кд.

3. Определить значение ёмкости нагрузки Сн при заданных значени­ях f0 и F.

4. Рассчитать и построить спектры напряжений на входе и выходе детектора.

Значения Uo, М, F,  fo, Ri ,Kд заданы таблицей 6.2.

Таблица 6.2.

№№ вариантов

 

1 11

21

2

12 22

3 13

23

4

14 24

5

15 25

6

16 26

7

 17 27

8

18 28

9

 19 29

10

20

 30

U0,B

 

1

1,2 1,8

1,5 1,4 1,2

1,8 1,6 1,9

2 1,8 2,2

2,2 1,3 2,5

1,1 1,5 1,3

1,3 1,7 1,6

1,7 1,1 1,2

1,9 2,0 1,4

2,1 2,2 1,5

М

 

0,35 0,5 0,6

0,6 0,45 0,75

0,8 0,55 0,4

0,9 0,35 0,6

0,85 0,3 0,25

0,65 0,8 0,9

0,55 0,75 0,45

0,65 0,8 0,7

0,35 0,45 0,9

0,55 0,9 0,45

И

кГц

120 290 350

140 270 400

160 250 120

180 230 270

200 210 310

220 190 140

240 170 290

260 150 210

280 130 180

300 110 220

F, кГц

3

45

2 3,5 4

1,5 2,5 3,5

2

4

2

2,5 1,5 3,4

3

2

4

3,5 2,5 1,5

4

3 2,5

1,7 1,8 2,7

2,2 1,85 2,6

R, Ом

 

30 80 110

35 85 95

40 90 110

45 95 115

50 60 80

55 115 120

60 110 40

65 115 125

70 120 30

75 125 55

 

Кд

 0,5 0,9 0,8

0,55 0,85 0,65

0,6 0,75 0,7

0,65 0,6 0,75

0,7 0,5 0,85

0.75 0,65 0,65

0,8 0,65 0,75

0,85 0,75 0,8

0,9 0,65 0,8

0,95 0,55 0,9

 

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

1. Принципиальные схемы модулятора AM и диодного детектора; рабочие схемы измерений; структурные схемы лабораторного макета и из­мерений.

2. Результаты измерений и наблюдений, оформленные в виде таблиц.

3. Графики экспериментальных характеристик и осциллограммы на­пряжений.

4. Домашнее задание.

 

Контрольные вопросы.

1. Что называется детектированием AM колебаний?

2. Чем вызывается необходимость использования для детектирова­ния AM сигналов нелинейных и параметрических элементов? Назначение фильтра нижних частот в схеме детектора.

3. Изобразите характеристику детектирования для линейного и квадратичного детектора.

4. Изобразите схему и поясните метод снятия характеристики детек­тирования.

5. Как по характеристике детектирования при заданном значении амплитуды немодулированного колебания определить максимальный ко­эффициент модуляции, при котором нет заметных искажений при детекти­ровании?

6. Изобразите схему диодного детектора, поясните принцип работы. Изобразите временные диаграммы токов и напряжений.

7. Изобразите спектр входного и выходного напряжения диодного детектора при детектировании "слабых" и "сильных" сигналов; поясните различия при детектировании "слабых" и "сильных" сигналов в диодном детекторе.

8. Определите коэффициент передачи диодного детектора с учетом его нагрузки.

9. Каковы требования к параметрам RC-цепи в схеме диодного де­тектора?

10. В чем особенности построения транзисторных детекторов AM сигнала?

11. Почему сигнал с балансной модуляцией, нельзя детектировать с помощью обычной схемы диодного детектора? Как детектируются сигна­лы с балансной модуляцией?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

Цель работы: изучить процесс преобразования частоты (транспо­нирования спектра) сигналов в нелинейных цепях с избирательной нагруз­кой и приобрести навыки экспериментального исследования качественных показателей преобразователей частоты.

Описание   лабораторной  установки.

В данной лабораторной работе исследуется процесс преобразования частоты AM сигнала. Структурная схема лабораторной установки изобра­жена на рисунке 7.1.

Рис. 7.1. Структурная схема лабораторной установки для исследова­ния преобразователя частоты.

Обозначения на схеме: Ген. AM - генератор сигналов с амплитудной модуляцией; Гет. — гетеродин — генератор гармонических колебаний; S- сумматор: НЭ — нелинейный элемент; ПФ - полосовой фильтр.

Лабораторная работа выполняется на основе блока № 1 лабораторно­го макета, содержащего необходимые составные элементы преобразовате­ля частоты; сумматор, нелинейный элемент (транзистор) и полосовой фильтр - колебательный контур LC .

В качестве гетеродина используется генератор гармонических коле­баний, встроенный в лабораторный макет. Частота его колебаний fг = 180 кГц. В качестве генератора AM сигналов используется промышленный ге­нератор Г4-102.

Лабораторное  задание.

1. Исследовать характеристику преобразования.

2. Наблюдать эффект преобразования частоты.

3. Экспериментально определить значения комбинационных частот

 

Методические указания.

 

1. Исследовать характеристику преобразования.

1.1. Вход преобразователя (гнездо 1) соединить с выходом «Выход mV» генератора Г4-102. К гнезду 2 на входе преобразователя соединить вход «Выход AM» внутреннего генератора лабораторного макета. Этот ге­нератор в лабораторной установке выполняет функцию гетеродина.

1.2. Включить лабораторный макет и его блок № 1. Включить гене­раторы и осциллограф.

1.3. Регулятор «Амплитуда несущей (В)» внутреннего генератора макета повернуть до предела по часовой стрелке. РегуляторМ глубина модуляции" этого генератора повернуть в крайнее левое положение. При таком положении ручек на выходе генератора будет существовать напря­жение немодулированного гармонического сигнала с частотой fг =180 кГц и амплитудой 1В.

Проконтролировать существование этого сигнала на входе преобра­зователя с помощью осциллографа, соединив вход осциллографа Y1 с гнездом 2 лабораторного макета.

1.4. На генераторе Г4-102 установить частоту fc =65 кГц. Переклю­чатель "AM" генератора поставить в положение “Внеш". При этом поло­жении на выходе генератора будет существовать напряжение сигнала без амплитудной модуляции, т.е. гармонический сигнал.

Установить на выходе Г4-102 амплитуду напряжения Uc=0,5B. Про­контролировать напряжение сигнала с помощью осциллографа, подсоеди­нив его вход Y2 с гнездом 1 лабораторного макета.

1.5. Соединив вход осциллографа "Y1" с выходом преобразователя частоты (гнездо 6).

Нагрузкой транзистора преобразователя частоты сделать LC контур (нажать кнопкуLC" на блоке №1) с высокой добротностью (отключить от контура шунтирующий резистор Rш отжатием кнопки Rш).

Установить напряжение смещения Есм=ОВ. Изменяя частоту сигнала генератора Г4-102 в небольших пределах (1-2кГц), добиться резонанса в колебательном контуре преобразователя по максимуму напряжения на его выходе или по максимуму показания миллиамперметра.

Убедиться в том, что на выходе преобразователя наблюдается пре­образованный сигнал: при отсоединении от входа преобразователя (гнезда 1 и 2) внутреннего генератора макета или генератора Г4-102, должно ис­чезнуть напряжение сигнала га выходе преобразователя.

1.6. При исследовании характеристики преобразования, т.е. зависи­мости амплитуды тока преобразованного сигнала от амплитуды напряже­ния входного сигнала, источником напряжения входного сигнала служит генератор Г4-102. Амплитуду его выходного напряжения следует умень­шить от 0,5В до значений, при которых амплитуда тока преобразованного колебания уменьшится до нуля.

Амплитуда тока преобразованного сигнала измеряется миллиамперметром лабораторного макета. Данные измерений занести в таблицу 7.1.

Таблица 7.1.

Есм=0В

Есм=1,0В

Есм=2,0В

Uс

I1,мА

Uс

I1,мА

Uс

I1,мА

0,5

 

0,5

 

0,5

 

1.7. Исследовать характеристику преобразования для других значе­ний напряжения смещения: Есм = 1,0В и Есм = 2,0В. Данные занести в таблицу 5.1.

1.8. По данным измерений построить графики характеристик преоб­разования I1 = f(Uс) в одной общей системе координат. Определить значение напряжения смещения и амплитуды напряжения входного сигнала, при ко­торых будут минимальные искажения при преобразовании частоты. При выбранных Есм и Uс по характеристике преобразования определить макси­мально допустимый коэффициент амплитудной модуляции входного сиг­нала.

2.Наблюдать эффект преобразования частоты.

2.1. 3ашунтировать резонансный LC контур в нагрузке транзистора преобразователя нажатием кнопки "Rш".

2.2. Выставить на лабораторном макете напряжение смещения Есм, определенное в п. 1.8.

2.3. На выходе генератора Г4-102 получить, сигнал с амплитудной модуляцией. Установить амплитуду напряжения и коэффициент модуля­ции, определенные в п. 1.8.

2.4. Сравнить формы сигналов на входе (гнездо 1) и выходе (гнездо 6) преобразователя. Осциллограммы зарисовать. Подобрать длительность развертки осциллографа такой, чтобы было заметно различие частот вход­ного и выходного сигналов.

2.5. Меняя амплитуду входного сигнала, а затем и коэффициент мо­дуляции, наблюдать искажения формы входного колебания. Зарисовать несколько осциллограмм искаженного по форме выходного сигнала.

3.Экспериментально определить значения комбинационных частот.

3.1. Установить на выходе Г4-102 параметры сигнала (амплитуду и коэффициент модуляции), при котором отсутствуют искажения в преобра­зованном колебании.

3.2. Медленно увеличивая частоту генератора Г4-102 от 160 до 320 кГц  наблюдайте на экране осциллографа форму выходного сигнала. За­пишите значения частот, при которых на выходе преобразователя будет наблюдаться преобразованный по частоте сигнал.

Домашнее задание.

На вход транзисторного преобразователя частоты воздействует на­пряжение сигнала uc=UcCos2pfct  и напряжение гетеродина uг= Uгcos2pfг t.

Вольт-амперная характеристика транзистора относительно рабочей точки аппроксимируется полиномом  iк = а0 + а1uб + а2uб2

где iк - ток коллектора;

иб - напряжение на базе транзистора.

Нагрузкой преобразователя служит колебательный контур, настро­енный на промежуточную частоту fпч = fгfс = 465кГц

Колебательный контур имеет эквивалентное сопротивление R, и добротность Q.

Значения Uc, Uг, fc, а1, а2 ,  Яэ и Q заданы в таблице 7.2.

Таблица 7.2.

№№ вариа нтов

1

11

 

2

12

 

3

13

 

4

 14

 

5

15

 

6

16

 

7

 17

 

8

18

 

9

19

 

10 20

 

t, мВ

 

1,5 3,0

 

1,4

2,8

 

1,3 2,6

 

1,2 2,4

 

1,1 2,2

 

1

2

 

2 1,8

 

2,2 1,6

 

1,9 1,4

 

1,8 1,2

 

 МВ

 

50 80

 

55 75

 

60

70

 

65 63

 

70 60

 

75 55

 

45 50

 

40 45

 

60 40

 

70 35

 

Fc, МГц

 

1,5 1,2

 

1,4 1,3

 

1,3 1,4

 

1,2 1,5

 

1,1

1,4

 

0,9 1,3

 

0,8

1,2

 

0,7 1,1

 

0,6 1

 

0.8 0,9

 

а1 , мА/В

 

100 125

 

105 130

 

110 135

 

115 140

 

120 145

 

125 100

 

130 105

 

135 110

 

140 115

 

145 120

 

а2,

мА/В2

 

3

2

 

2,9

2,2

 

2,8

2,4

 

2,7 2,6

 

2,6

2,8

 

2,5 3

 

2,4 2,9

 

2,3 2,7

 

2,2 2.5

 

2,1 2,3

 

R, ,к0м

 

5

5,5

 

4,8 5,2

 

5,6

4,2

 

3,8 6.2

 

4.7 7.5

 

5,6 5.1

 

3,9

3,3

 

4,3 6,2

 

6,8

4,7

 

7.2 3,9

 

Q

 

20 18

 

21 14

 

17 16

 

25 15

 

19

13

 

18 17

 

27 23

 

22 18

 

16 20

 

15

25

 

Требуется:

1.Нарисовать схему преобразователя частоты и пояснить принцип её работы.

2.Рассчитать спектр и построить спектрограмму тока коллектора.

3.Рассчитать спектр и построить спектрограмму напряжения на кон­туре.

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Принципиальную электрическую схему преобразователя частоты, исследуемого в лабораторной работе.

2. Таблицы и графики характеристик преобразования.

3. Осциллограммы наблюдаемых колебаний.

4. Таблицу значений комбинационных частот.

5. Домашнее задание.

 

Контрольные вопросы.

1. Что называется преобразованием частоты?

2. Почему для осуществления преобразования частоты необходимо использовать нелинейный или параметрический элементы?

3. Почему нелинейное преобразование частоты при малой амплитуде одного из входных сигналов можно представить как параметрическое?

4. Чем вызвана необходимость использования в преобразователях частоты избирательной нагрузки?

5. В каких случаях на выходе нелинейного преобразователя появля­ются комбинационные составляющие, и как определяется их порядок?

6. Из каких соображений выбирают полосу пропускания избиратель­ной нагрузки в преобразователе?

7. Что называют характеристикой преобразования?

8. Какой вид имеет характеристика преобразования, если ВАХ нели­нейного элемента описывается полиномом второй степени?

9. Какой вид имеет характеристика преобразования, если ВАХ нели­нейного элемента описывается полиномом третьей степени?

10. Что понимают под оптимальным преобразователем частоты? Изобразите схему оптимального преобразователя частоты и объясните принцип её работы.

11. В каких устройствах находит применение преобразователь часто­ты?

12. Изобразите схему супергетеродинного приемника и укажите, ка­кими достоинствами он обладает по сравнению с приёмником прямого усиления.

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА № 8.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНОГО МОДУЛЯТОРА И ЧАСТОТНОГО ДЕТЕКТОРА.

Цель работы:  изучение схем и принципа работы частотного моду­лятора и частотного детектора.

Описание лабораторной установки

В работе используется блок №4 лабораторной установки, который содержит частотный модулятор и частотный детектор. Структурная схема приведена на рисунке 8.1.

Рис. 8.1. Структурная схема для исследования частотного модулятора и частотного детектора.

Частотный модулятор представляет собой генератор Г с управителем частоты УЧ. При подключении к УЧ генераторов напряжения прямоуголь­ной формы ГПН или низкой частоты ГНЧ осуществляется управление час­тотой генерируемых колебаний по закону изменения во времени напряже­ния на входе УЧ.

Частотный детектор содержит линейные частотно-зависимые цепи ЛЧЗЦ1 и ЛЧЗЦ2, к которым подключены амплитудные детекторы АД1 и АД2. Токи амплитудных детекторов складываются в схеме сложения S с противоположными знаками (вычитаются). Результирующий ток фиксиру­ется миллиамперметром мА. С помощью ЛЧЗЦ выполняется преобразова­ние сигнала с частотной модуляцией в сигнал с амплитудной модуляцией.

Электрическая схема блока №4 представлена на рис.8.2. Частотный модулятор выполнен по схеме резистивно-емкостного генератора с элек­тронным управителем частоты на двух полевых транзисторах, являющихся управляемыми резисторами фазо-балансной цепи (ФБЦ). Частотный де­тектор выполнен по схеме частотного дискриминатора, в котором в каче­стве линейных частотно-зависимых цепей применяются взаимно-расстроенные колебательные контуры.

Частота генерируемых колебаний в частотном модуляторе управля­ется путем изменения напряжения Есм, подаваемого на затворы полевых транзисторов ФБЦ. Модулирующий сигнал от внешнего источника пода­ется на гнездо 1 (при отжатой кнопке "ГПН"). При нажатой кнопке "ГПН" ко входу модулятора подключается внутренний генератор напряжения прямоугольной формы. При этом происходит скачкообразное изменение частоты. Гнезда 2 и 3 служат для контроля формы колебаний на входе и выходе модулятора.

Непосредственно к выходу частотного модулятора подключен час­тотный детектор, состоящий из усилителя на полевом транзисторе с на­грузкой в виде двух последовательно включенных взаимно-расстроенных колебательных контуров, в которых осуществляется преобразование сиг­налов с частотной модуляцией в сигнал с амплитудной модуляцией (ком­бинированной амплитудной и частотной модуляцией). С каждым их коле­бательных контуров индуктивно связаны два амплитудных детектора, на­пряжения на выходах которых включены встречно. Гнездо 4 служит для контроля формы колебаний на выходе частотного детектора. С помощью миллиамперметра лабораторной установки измеряется ток детектора - его по­стоянная  составляющая.

При выполнении лабораторной работы используются промышлен­ные приборы: осциллограф, генератор низкочастотных гармонических ко­лебаний ГЗ-36 и электронный частотомер.

Домашнее задание

Рассчитать и построить график статической модуляционной харак­теристики частотного модулятора (зависимости частоты генерируемых ко­лебаний от напряжения смещения), если частотная модуляция осуществля­ется в резистивно-емкостном генераторе с фазобалансной цепью, где в качестве управляемых резисторов применены идентичные управляемые по­левые транзисторы (рис.6.3.). Вольт-амперная характеристика транзисто­ров аппроксимирована полиномом второй степени : iк = а0 + а1uб + а2uб2

Частота генерируемых колебаний

 

Рис. 8.2. Резистивно-ёмкостной генератор с фазобалансной цепью

 

Числовые данные для решения задачи заданы в таблице 8.1. Указание: для определения сопротивлений и полевых транзисторов определите производную dUб/diк

Таблица 8.1.

№№ вари­антов

1

11

2

12

3

13

4

14

5

15

6

16

7

17

8

18

9

19

10 20

а1 мА/В

 

4,53 5,5

 

8,73 9,5

 

9,0 9,8

 

16 14

 

13 12

 

11,2 16,0

 

4,8 4,2

 

9,0

8,3

 

10 9,2

 

12 11,6

 

А2,

МА/В2

 

0,39 0,42

 

0,84 1,2

 

0,8 0,92

 

10

8

 

3,3

 6

 

2,86 4,3

 

0,43 0,39

 

0,81 0,92

 

5 0,92

 

7

 6,8

 

С1

НФ

 

24,4 9,3

 

18,4 6,1

 

53,6 13,8

 

21,8 7,3

 

34,8 11,8

 

33,2 10,5

 

16,8 3,25

 

40,6 12,3

 

24,1 5 8,2

 

20,1 6,4

 

С2,

НФ

 

4,2 2,8

 

3,6 1,4

 

2,7 3,5

 

3,7 2,2

 

3,25 3,08

 

3,3 2,88

 

3,4 1,88

 

3,3 3,5

 

3,7 2,5

 

3,6 1,9

 

Лабораторное задание

1. Исследовать влияние напряжение смещение на частоту генери­руемых колебаний.

2. Исследовать статическую модуляционную характеристику частот­ного модулятора и характеристику детектирования частотного детектора.

3.Определить и установить оптимальный режим совместно-включенных частотных модуляторов и детектора.

4. Исследовать прохождение НЧ сигналов по тракту ЧМ-ЧД.

 

Подпись: Рис. 8.3.  Схема частотного модулятора и частотного детектора


Методические указания

1. Исследовать влияние напряжения смещения на частоту генери­руемых колебаний.

1.1. Включить лабораторную установку и блок №4 лабораторной установки и измерительные приборы.

1.2. Для исследования влияния напряжения смещения Есм на харак­тер изменения частоты генерируемых колебаний подключить вход Y1 осциллографа к гнезду 3 лабораторного макета. Кнопка "Вкл" на блоке 4 должна быть отжата. Установить ручку регулировки смещения в крайнее левое положение (Есм=0). Режим синхронизации осциллографа- "Внутр." по входу "1". Получить на экране устойчивое изображение колебаний (15-20 периодов). Перемещая ручку регулировки напряжения смещения, опре­делить характер изменения частоты (увеличивается или уменьшается). Из­меняя период колебаний в миллиметрах по сетке экрана осциллографа при двух крайних положениях ручки регулировки напряжения смещения Есм, определить во сколько раз изменилась частота. Результаты наблюдений записать.

1.3. Наблюдать и зарисовать осциллограмму сигнала с частотой мо­дуляции. Для этого соединить гнездо 1 блока №4 с выходом генератора сигналов низкочастотным ГЗ-36. Установить на выходе этого генератора напряжение амплитудой 1,5-2 В и частотой 800 Гц. Соединить вход осцил­лографа Y1 с гнездом 2 лабораторного макета. Получить в верхней части экрана осциллографа устойчивое изображение низкочастотного сигнала (3-5 периодов).

Соединить гнездо 3 (выход модулятора) со входом Y2 осциллогра­фа. Получить в нижней части экрана осциллографа изображение в виде сплошной полосы или скользящей синусоиды шириной в 2 клетки экрана осциллографа.

Очень плавно изменяя положение ручки регулировки напряжения смещения относительно её среднего положения, получить устойчивое изо­бражение сигнала с частотной модуляцией с постоянной амплитудой. Если в выходном сигнале наблюдаются изменения амплитуды, то следует уменьшить амплитуду напряжения низко частотного генератора. Если на неподвижной осциллограмме сигнала на выходе частотного модулятора незаметны изменения частоты, то следует увеличить амплитуду напряже­ния низкочастотного генератора.

Зарисовать осциллограммы одну под другой, записать значения на­пряжения смещения, амплитуды и частоты модулирующего сигнала.

2. Исследовать статическую модуляционную характеристику частот­ного модулятора и характеристику детектирования частотного детектора.

2.1. Для записи результатов измерения статической модуляционной характеристики и характеристики детектирования подготовить таблицу 8.2. Измерения частоты выполняются при помощи электронного счетчика. Ток детектирования измеряется миллиамперметром на блоке питания при нажатой кнопке 0,1.

Таблица 8.2.

Ecм,B

 

0

 

0,5

 

1

 

……….

6

 

f,Гц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Id, мА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2. Соединить гнездо З блока №4 со входом А электронного счетчи­ка.

2.3. Установить первое значение напряжения смещения Есм =0B. За­писать в таблицу показания счетчика (f,Гц) и показания миллиамперметра Id, мА.

2.4. Установить следующее значение напряжения смещения Есм (с шагом 0,5 В) и повторить измерение частоты и постоянной составляющей тока детектора (всего выполнить 13 измерений).

2.5. Построить графики зависимости частоты от напряжения смеще­ния (статическая модуляционная характеристика) и тока детектирования от частоты (характеристика детектирования).

3. Определить и установить оптимальный режим совместно вклю­ченных частотных модулятора и детектора.

Оптимальный электрический режим модулятора устанавливается та­ким образом, чтобы средняя частота колебаний f0 на выходе частотного модулятора (несущая) соответствовала середине линейного наклонного участка характеристики детектирования частотного детектора; при этом амплитуда модулированного сигнала не должна превосходить величины, при которой девиация частоты Df ³ 0,5(f1f2) , где f1 и f2 - частоты на­стройки колебательных контуров детектора (рис.8.4.)

Для определения частот f0, f1, f2 и соответствующих им напряжений смещения Е0, е1 , Е2 в модуляторе, выполнить следующее:

3.1. Установить и записать напряжение смещения е1, при котором стрелка миллиамперметра максимально отклонена вправо (ток положи­тельный). Определить по методике пункта 2.2. частоту генерации, которая будет соответствовать частоте f1.

3.2. Установить и записать напряжение смещения Е2 , при котором стрелка миллиамперметра максимально отклонена влево (ток отрицатель­ный). Определить по методике пункта 2.2. частоту генерации, которая бу­дет соответствовать частоте f2-

3.3. Установить и записать среднее между E1 и Е2 напряжение сме­щения Е0, при котором стрелка миллиамперметра установится на “0 (ток равен нулю). Определить по методике пункта 2.2. частоту генерации, кото­рая будет соответствовать частоте f0 (несущей).

3.4. Оптимальное напряжение смещения Е0, а наибольшая допусти­мая амплитуда модулирующего низкочастотного сигнала:

Определить и записать значение UFmax

Рис. 8.4. Определение оптимального электрического модулятора.

 4. Исследовать прохождение НЧ сигнала по тракту ЧМ-ЧД.

4.1. Для исследования прохождения НЧ сигнала по тракту ЧМ-ЧД соединить вход "Y1" осциллографа с гнездом 2, а вход 'Y2' - с гнездом 4 исследуемой схемы.

4.2. Подключить генератор колебаний прямоугольной формы ГПН, нажав кнопку "Вкл." блока №4. Установить в верхней части экрана осцил­лографа осциллограмму прямоугольных импульсов, действующих на вхо­де модулятора (6-8 импульсов). В нижней части экрана установить осцил­лограмму сигнала на выходе детектора.

4.3. Наблюдать и зарисовать обе осциллограммы одну под другой при:

а) Есм0 (определенное в п.З.З. задания)

б) Есм1 (определенное в п. 3.1 .задания)

в) Есм2 (определенное в п.3.2.задания).

Записать около осциллограмм величины напряжения смещения и определить по ним значение несущей частоты ЧМ сигнала.

4.4.Соединить гнездо 1 с выходом генератора сигналов низкочастот­ным (кнопка ГПН "Вкл" -отжата). Установить на выходе генератора на­пряжение с амплитудой UF =UFmax и частотой F=200 Гц.

4.5.Наблюдать и зарисовать одну под другой обе осциллограммы на­пряжений (на входе частотного модулятора и выходе частотного детекто­ра) при:

а) Есм0, = UFmax

б) Есм1 , Uг = UFmax

в) Есм2 , Uг = UFmax

г) Есм0 , Uг = 2UFmax

 

Значения напряжений Есм и  Uг записать около рисунков осцилло­грамм. Определить и записать для каждого случая центральную частоту ЧМ сигнала. Для случая (а) определить индекс ЧМ.

Содержание отчёта

 Отчёт должен содержать:

1. Наименование и цель работы.

2. Таблицы и графики характеристик.

3. Осциллограммы и результаты измерений.

4.Домашнее задание.

Контрольные вопросы

1. Что называется частотной модуляцией?

2. Изобразите схему частотного модулятора с варикапом. Объясните принцип её работы.

3. Изобразите схему частотного модулятора с управляемыми поле­выми транзисторами. Объясните принцип её работы.

4. Нарисуйте временную и спектральную диаграммы сигнала с час­тотной модуляцией.

5. Как определяется ширина спектра сигнала с частотной модуляци­ей?

6. Дайте определение девиации частоты и индекса частотной моду­ляции.

7. Как влияет частота модулирующего сигнала на индекс модуляции и девиацию частоты?

8. Как влияет амплитуда модулирующего сигнала на индекс модуля­ции и девиацию частоты?

9. Что называется угловой модуляцией и какие её разновидности бы­вают?

10. С какой целью в схеме частотного детектора используется коле­бательный контур?

11. Изобразите схему частотного детектора с одним и двумя расстро­енными колебательными контурами.

12. Нарисуйте векторную диаграмму напряжений в частотном детек­торе и объясните с её помощью принцип его действия.

13. Что называется характеристикой детектирования частотного де­тектора?

14. Что называется статической модуляционной характеристикой частотного модулятора?

15. Почему при совпадении резонансной частоты колебательного контура частотного детектора и средней частоты сигнала с частотной мо­дуляцией происходят искажения формы передаваемого сигнала?

16. Как определяется наибольшая допустимая девиация частоты и амплитуда переменного напряжения на входе модулятора по характери­стике детектирования частотного детектора?

17. Что такое линейная частотно-зависимая цепь и каково её назна­чение?

ЛАБОРАТОРНАЯ   РАБОТА № 9.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОПОЛОСНОЙ И БАЛАНСНОЙ МОДУЛЯЦИИ

Цель работы: изучить основные свойства сигналов с балансной и однополосной модуляцией и принцип работы однополосных и балансных модуляторов; приобрести навыки экспериментального исследования этих устройств; выработать умение анализировать полученные эксперимен­тальные результаты.

Описание лабораторной установки

При выполнении работы используется блок №6 лабораторного маке­та, который содержит набор нелинейных преобразователей на аналоговых перемножителей сигналов. Исследование однополосного модулятора вы­полняется на базе схемы “Т", а исследования балансного модулятора- с помощью схемы "Д" этого блока.

Структурная схема исследования однополосной модуляции (ОПМ) приведена на рис.9.1.

Рис. 9.1. Структурная схема исследования однополосной модуляции (ОПМ).

 

При выполнении лабораторной работы на входы 1 и 2 исследуемой схемы (рис.9.1.) подаются низкочастотный UF(t) и высокочастотный Uf(t) сигналы:

Uf(t)= UF cos2pFt; Uf (t) = Uf cos2pft.

Эти сигналы действуют на входе перемножителя П1. На вход пере­множителя П2 эти сигналы поступают с фазовыми сдвигами j1 и j2 соот­ветственно и их выражения имеют вид:

UF1(t)=UFcos(2pFt +j1); Uf(t) = Ufcos(2pft+j1 ).

Сложение выходных сигналов перемножителей даёт результат:

Uвых(t)=UF(t)×Uf(t)+UF1(t)Uf1(t)=UF×Uf{cos2pFt×cos2pft+cos(2p[Ft+j1)×cos(2лft+j2)}.

В исследуемой схеме напряжение этого сигнала существует на вы­ходе сумматора (гнездо 3 на рис. 9.2.).

При j1 = 900 и j2= 900 из последней формулы получаем:

Uвых(t)= UF  Uf cos2p(f-F)t.

Таким образом, на выходе схемы получаем сигнал с одной боковой полосой, в данном случае с нижней боковой полосой. При неточности сдвига фаз схема формирует более сложные сигналы. Это явление изучает­ся в настоящей работе.

Исследование балансной модуляции производится на основе схемы рисун­ке 9.2.

Рис. 9.2. Структурная схема исследования балансной модуляции (БМ).

 

Одна из задач исследования заключается в изучении влияния напря­жения смещения Есм на степень подавления амплитуды несущего (ВЧ) ко­лебания в спектре выходного сигнала.

При выполнении работы из промышленного оборудования использу­ется генератор ГЗ-36 и осциллограф.

Лабораторное задание

1. Исследовать однополосный модулятор.

2. Исследовать балансный модулятор.

Методические указания

1. Исследовать однополосный модулятор.

Для исследования ОПМ необходимо выполнить следующее:

1.1. Включить лабораторную установку и блок №6.

1.2. Нажать кнопку "Т" в блоке №6 (при этом загорается светодиод на панели исследуемой схемы однополосного модулятора).

1.3. Соединить выход генератора ГЗ-36 с гнездом 2 исследуемой схе­мы. Включить генератор ГЗ-36 и установить на его выходе напряжение с частотой f = 10кГц и амплитудой Uf=lB.

1.4.Соединить вход "Y1” осциллографа с выходом исследуемой схе­мы (гнездо 3) и включить осциллограф.

1.5. Установить на выходе генератора лабораторного макета (F=1кГц) напряжение с амплитудой UF=1B и соединить выход этого генератора со входом модулятора (гнездо 1).

1.6. Установить ручки фазовращателей в блоке №6 в положения, со­ответствующие j1 = 900 и j2= 900. Наблюдать на экране осциллографа сигнал с ОПМ.

1.7. Измерить на экране осциллографа амплитуду выходного напря­жения.

1.8. Измерить период сигнала с ОПМ. Определить его частоту. Сде­лать сравнение экспериментального и теоретического значений частоты.

1.9. Исследовать зависимость амплитуды выходного сигнала с ОПМ от амплитуды напряжения UF входного низкочастотного сигнала при по­стоянной амплитуде напряжения (UF =lB) колебания высокой частоты.

Для этого необходимо, оставив прежнее включение приборов в схе­ме, менять амплитуду напряжения UF генератора лабораторного макета от 0 до через 0,2В и измерять для каждого значения UF амплитуду на­пряжения на выходе схемы ОПМ по осциллографу. Результаты измерений занести в таблицу 9.1.

Таблица 9.1.

uf, b

 

0

 

0,2

 

0,4

 

…….

 

1

 

Uвых,B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить график Uвых=f(UF) при Uf =1В.

1.10. Исследовать зависимость амплитуды выходного напряжения сигнала с ОПМ от амплитуды напряжения Uf входного сигнала при по­стоянной амплитуде напряжения UF  колебаний низкой частоты.

Для этого необходимо, оставив прежнее включение приборов в схе­ме, установить на выходе генератора лабораторного макета (F=1кГц) на­пряжение с амплитудой UF =1В, а амплитуду напряжения Uf колебания высокой частоты на выходе генератора ГЗ-36 изменять от 0 до через 0,2В. Измерить осциллографом амплитуду напряжения сигнала на выходе схемы ОПМ. Результаты измерений занести в таблицу 9.2.

Таблица 9.2.

Uf,B

 

0

 

0,2

 

0,4

 

……

 

1

 

Uвых ,B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить график Uвых=f(Uf) при UF =1B.

 1.11. Установить амплитуды обоих входных сигналов Uf=lB и UF =1В. Наблюдать и зарисовать формы сигналов на выходе схемы ОПМ при следующих положениях ручек фазовращателей:

a) j1 = 900 ;  j2= 900             б) j1 = 450 , j2= 900;

в) j1 = 1350 , j2= 900            г) j1 = 900 ,  j2= 450;   д) j1 = 900 и j2= 1350

2. Исследовать балансный модулятор.

2.1.Включить питание схемы "Д" блока №6. В качестве источника высокочастотных колебаний используется генератор лабораторного макета (f=180 кГц). Установить на его выходе напряжение с амплитудой Uf=1B и соединить его выход со входом балансного модулятора (гнездо 1).

2.2.В качестве источника низкочастотных колебаний используется генератор лабораторного макета ( F=1кГц). Установить на его выходе на­пряжение с амплитудой UF =1B и соединить его выход с другим входом модулятора (гнездо 2).

Выход модулятора (гнездо 3) соединить со входом "Y1 осциллографа.

Вход  "Y1 осциллографа соединить со входом модулятора (гнездо 2) для контроля формы модулирующего колебания.

2.3. Изменяя напряжение смещения Есм от до с интервалом 0,5В, наблюдать форму выходного напряжения. Осциллограммы выходно­го напряжения зарисовать, а в таблицу 9.3. занести параметры Аmax  и Аmin выходного колебания, измеренные в клетках экрана осциллографа (см. рис.9.3).

Рис. 9.3. Временные диаграммы колебаний при различных значениях Есм.

В эту же таблицу занести для каждой осциллограммы значения коэффициента модуляции М, который вычисляется по формуле:

                       (9.1)

При БМ Аmin<0.

                                                   Таблица 9.3.

Есм, В

 

5

 

4,5

 

……………………………

0

 

А max, B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аmax, В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М,%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Отключить выход ГНЧ (F=1кГц) от гнезда 2 на выходе модуля­тора, амплитуду напряжения сигнала ГВЧ (f=180 кГц) оставить равной Uf=1В. Изменяя Есм от до через 0,5В снять зависимость амплитуды выходного напряжения модулятора от напряжения смещения Uвых=fсм) при Uf=const =1В. Для измерения амплитуду напряжения на выходе мо­дулятора использовать осциллограф. Данные измерений занести в табли­цу 9.4.

Таблица 9.4.

Есм, В

 

0

 

0,5

 

……………………………

5

 

Uвых ,B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По полученным данным построить графики Uвых=fсм), M=f(Eсм).

Домашнее задание.

Выполнить расчет формы сигнала по формуле 9.1. для UF =1В, Uf =1В, f=10 кГц, F=1 кГц и известных значений j1 и j2 .

№ лаборатор­ной установки

1

2

3

4

5

6

7

8

j1, град

 

0

 

0

 

90

 

45

 

45

 

90

 

90

 

45

 

j2, град

 

0

 

90

 

0

 

45

 

-45

 

-90

 

90

 

90

 

Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Структурные схемы исследований.

2. Данные измерений и осциллограммы.

3. Домашнее задание.

Контрольные вопросы

1. Что называется однополосной модуляцией (ОПМ)? Нарисуйте временные и спектральные диаграммы тональной ОПМ с нижней (верхней) боковой полосой.

2. Что называется балансной модуляцией? Нарисуйте временные и спектральные диаграммы тональной БМ.

З. В чём состоят преимущество и недостатки ОПМ?

4. В чём состоят преимущество и недостатки БМ?

5. Изобразите принципиальную схему БМ (на основе диодов) и объ­ясните её работу.

6. Изобразите принципиальную схему кольцевого БМ и объясните её работу.

7. Изобразите схему ОПМ и объясните принцип её работы.

8. Как зависит амплитуда сигнала ОПМ от амплитуды низкочастот­ного сигнала?

9. Как зависит частота сигнала ОПМ от параметров низкочастотного сигнала?

10. Укажите оптимальные значения сдвигов фаз для формирования сигнала ОПМ с нижней (верхней) боковой полосой. Дайте обоснование своему ответу.

11. Как зависит форма сигнала на выходе БМ от смещения? Объясни­те свой ответ.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10

 ИССЛЕДОВАНИЕ СИНХРОННОГО ДЕТЕКТОРА.

Цель работы: изучение принципов синхронного детектирова­ния и исследование характеристики качества работы синхронного детек­тора.

Описание лабораторной установки

 

Синхронный детектор (СД) состоит из умножителя двух колебаний и фильтра нижних частот (ФНЧ) (рис.10.1).

Рис. 10.1. Структурная схема синхронного детектора.

На вход 1 умножителя СД подается модулированный сигнал, на вход 2 - гармоническое высокочастотное колебание с частотой, равной частоте несущей модулированного сигнала и с нулевым фазовым сдвигом относи­тельно несущей.

В лабораторной работе используется внешний генератор гармониче­ских колебаний, двухлучевой осциллограф и в качестве СД - цепи “Е" и “3" блока №6 лабораторного макета, в состав которых входят основные узлы СД: умножитель сигналов и фильтр нижних частот. При исследова­нии частотных свойств СД в качестве второго генератора используется блок №1, в котором образуется положительная обратная связь путем со­единения проводником гнезд 6 и 2 блока №1. При этом на выходе схемы (гнездо 6) возникают гармонические колебания с частотой f =15 кГц.

В состав схем “Е” и “3" блока №6 входит фазосдвигающая цепь, обозначенная значком j1. Ручка плавной регулировки j от 0° до 180° рас­положена в нижней части лабораторной установки. С помощью фазосдви-гающей цепи исследуется влияние фазового сдвига на качество работы СД.

В составе схемы цепи Е блока №6 имеется амплитудный модуля­тор AM с регулируемым уровнем несущей. Регулировка уровня несущей осуществляется с помощью регулятора напряжения смещения Есм. В каче­стве управляющего напряжения модулятора используется колебание с час­тотой F=1 кГц от внутреннего генератора лабораторного макета.

 

Домашнее задание

Определить амплитуду и частоту НЧ колебания на выходе синхрон­ного детектора при заданных значениях амплитуд U1 и U2 и частотах f1 и f2 гармонических колебаний на входах. В качестве фильтра НЧ использу­ется RC интегрирующая цепь (рис.10.4).

UНЧ

 

C

 

R

 

U2

 

U1

 

Рис. 10.2. Синхронный детектор с RC цепью.

Рассчитать и построить АЧХ СД, если частота меняется f1 от 0 до …., а амплитуды U1 и U2 и частота f2 не меняются.

Указание: АЧХ интегрирующей цепи имеет вид:

 

№ вари­антов

 

1

11

2

12

3

13

4

14

5

15

6

16

7

17

8

18

9

19

10

20

U1, В

 

0,1

1,1

0,2 1,2

0,3 1,3

0,4 1,4

0,5 1,5

0,6 1,6

0,7 1,7

0,8 1,8

0,9 1,9

1,0

2,0

U2,B

 

1,0

2,2

 

1,1

2,4

 

1,2 2,6

 

1,3 2,8

 

1,4 3,0

 

1,5 3,2

 

1,6 3,4

 

1,7 3,6

 

1,8 3,8

 

1,9

4,0

 

f1,

кГц

 

114 216

 

123 216

 

135 236

 

142

247

 

148 245

 

156 269

 

177 278

 

183 275

 

186 286

 

205 293

 

f2,

кГц

 

110 210

 

120 225

 

130 230

 

140 240

 

150 250

 

160 260

 

170 270

 

180 280

 

190 290

 

200 300

 

R, кОм

 

4,3 11

 

4,7 12

 

5,1 13

 

5,6 15

 

6.2 16

 

6,8 18

 

7,5 20

 

8,2 22

 

9,1 24

 

10

27

 

С, нФ

 

10 5,1

 

10 5,1

 

10 5.1

 

10

4,7

 

10

4,7

 

6,8

4,7

 

6,8

3,3

 

6,8

3,3

 

6,8 3,3

 

6,8

 3,0

 

Лабораторное задание

1. Исследовать фазовую чувствительность синхронного детектора при детектировании сигналов амплитудной модуляции.

2. Исследовать влияние уровня несущей частоты на процесс син­хронного детектирования.

3. Исследовать фазовую чувствительность СД при детектировании сигналов с балансной модуляцией.

4. Исследовать амплитудно-частотную характеристику СД.

Методические указания

1.     Исследовать фазовую чувствительность синхронного детектора при детектировании сигналов амплитудной модуляции.

1.1. Включить лабораторную установку и блоки № 1 и №6 (нажать вместе кнопки 1 и 6 переключателя Выбор макета" на блоке питания и измерений). Индикация включения - по свечению светодиодов на блоках 1 и 6.

Включить осциллограф и внешний генератор.

1.2. Структурная схема исследуемой цепи приведена на рис.10.2.

Рис. 10.3. Структурная схема исследования синхронного

детектора (цепь «Е»)

Для сборки схемы исследований необходимо включить цепь «Е» блока №6 лабораторного макета. Индикация включения - по свечению све­тодиодов цепи «Е».

Соединить выход генератора F=1 кГц внутреннего генератора маке­та со входом 2 цепи «Е». Ручкой регулировки выходного напряжения ус­тановить амплитуду напряжения на выходе генератора UF =1B.

1.3. Соединить выход внешнего генератора ГЗ-36 со входом 1 цепи «Е». Установить на выходе внешнего генератора напряжение с частотой 15 кГц и амплитудой 1,5В.

1.4.Установить напряжение смещения Есм =1,2-1,4B.

1.5. Установить ручку регулировки фазы    в положение 0°.

1.6.Подключить вход Y1 осциллографа к гнезду 3, а вход  Y2 - к гнезду 4 цепи «Е». Переключатели входов Y1 и Y2  установить в по­ложение “~”. Установить синхронизацию осциллографа по входу 1.

Получить на экране осциллографа устойчивое совместное изображе­ние модулированного ВЧ сигнала и НЧ сигнала. Изображение должно со­держать 4.. .8 периодов НЧ сигнала на выходе СД.

Изменяя положение ручки фазосдвигателя φ1 от 0° до 180° через 10° измерить амплитуду НЧ сигнала (в миллиметрах по сетке экрана осцилло­графа). Результаты измерений занести в таблицу 10.1.

Таблица 10.1.

 

φ, град

 

 

10°

 

…………

 

90°

 

……..

 

100°

 

Uнч

 

 

 

 

 

 

 

1.7.Построить график зависимости  Uнч = fun (φ1). Зарисовать одну под другой осциллограммы сигнала с AM и НЧ сигнала на выходе СД для трёх значений фазового сдвига  φ1: 0°, 90°, 180°.

2.Исследовать влияние уровня несущей частоты на процесс синхронного детектирования.

2.1.Схема исследований та же, что и в п.1 (рис.10.2). Ручку  φ1 поста­вить в положение 0°.

2.2.Изменяя напряжение смещения Есм от 1,4 до через 0,2В. Изме­рять амплитуду НЧ сигнала на выходе СД и коэффициент глубины моду­ляции М. Правило измерения значения М поясняется графиками на рис. 9.3. Расчёт величины М выполняется по формуле (9.1).

При измерении следите за устойчивым изображением. Результаты занести в таблицу 10.2.

Таблица 10.2.

Есм, В

 

1,4

 

1,2

 

……………………………

0

 

Uнч, В

 

 

 

 

А max, B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аmax, В

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М,%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По результатам измерений построить графики зависимости Uнч= fun1(Ecм); М = fun2(Ecм);

 

3.Исследовать фазовую чувствительность СД при детектировании сигналов БМ.

3.1.Схема исследований та же, что и в п.1 (рис.10.2).

3.2.Изменяя положение ручки фазосдвигателя φ1 от 0° до 180° через 10° измерить амплитуду НЧ сигнала (в миллиметрах по сетке экрана ос­циллографа). Результаты измерений занести в таблицу 10.3.

таблица 10.3

φ1, град

10°

…………

90°

……..

100°

Uнч

 

 

 

 

 

 

Построить график зависимости Uнч =fun1 (φ1)

3.3.Зарисовать одну под другой осциллограммы сигнала с БМ и НЧ сигналом на выходе СД для трёх значений фазового сдвига  φ1: 0°, 90°, 180°.

 

 

4.Исследовать амплитудно-частотную характеристику СД.

4.1 .Структурная схема исследования приведена на рис.10.3.

Рис. 10.3. Схема исследований АЧХ СД (цепь «З»)

Для сборки схемы исследований необходимо выполнить следующие операции:

Включить цепь «З» блока №6 нажатием кнопки «З» переключателя "Выбор цепи" на блоке №6. Индикация включения- по свечению свето-диода цепи «З».

Образовать в блоке №1 лабораторной установки обратную свя