Практическое занятие по МДК.01.01 Приемо-передающие устройства, линейные сооружения связи и источники питания на тему: "Исследование усилителя промежуточной частоты"
учебно-методическое пособие

Практическое занятие № 8

Тема: Исследование усилителя промежуточной частоты

Цель работы: исследовать нелинейное резонансное усиление и умножение частоты, снять колебательные характеристики нелинейного элемента при различных смещениях.

Методические указания к практическому занятию

1.Ознакомьтесь с работой нелинейного резонансного усилителя.

2.Ознакомьтесь с описанием лабораторной установки.

3. Подключите кабель питания к разъему «Нагрузка» модуля питания и к разъему «Питание» модуля «Усилительные устройства радиочастоты».

4. Установите переключатель способа модуляции SI в положение《nо базе».

5.Переключатель С6 «Емкость контура» установите в положение l,2 или 3 по заданию преподавателя.

6.Сигнальным кабелем из комплекта соедините выход СНI генератора с гнездами КТ2 (Вход 2) и GND.

Задание 1. Снять колебательные характеристики нелинейного резонансного усилителя.

Порядок выполнения:

1. Включите параллельный контур в нагрузочную цепь усилителя-yстановите переключатель «S2» в положение «Контур». Установите переключатель «С6» - «Емкость контура» в положение «l»,переключатель «S3» - «Нагрузка» в положение «R8».

2.Подключить канал «КАН 2» осциллографа к гнезду КT6.Режим «КАН 2» перевести в «АС» - измерение переменного напряжения.

3. Установите на генераторе частоту гармонического колебания,равную резонансной частоте контура (по максимуму напряжения сигнала в КТ6).

4. Установите резистором «R3», напряжение смещения транзиcтоpa (соответствует углу отсечки θ=60° пpи входном напряжении равном Vpp=1000мB).

5. Изменяя напряжение на выходе генератора от Vpp=100мВ доVpp=2.0B c шaroм 100мВ, измерьте и занесите в Таблицу 1 значения амплитуды сигнала в КТ6 (Выход).

Таблица 1. Зависимость коэффициента усиления от амплитуды входного сигнала при

6.Повторите пункт 4, установив соответствующее углампри входном напряжении Vpp=1000MB.

7.Рассчитайте и постройте графики зависимости коэффициента усиления от амплитуды входного сигнала для заданных напряжений смещения.

Заданис 2. Исследование резонансного нелинейного усилителя в режиме умножения частоты:

·получить и зарисовать осциллограммы напряжения на выходе резонансного нелинейного усилителя в режиме удвоения и утроения частоты;

· сравнить с осциллограммами напряжения на выходе резистивного нелинейного усилителя при тех же условиях;

· определить коэффициент усиления в режиме удвоения и утроения частоты.

Порядок выполнeнuя:

1.Уcтановить Uбо из таблицы 2  (практическое занятие 6) для угла отсечки 60°. Уменьшить частоту генератора вдвое так, чтобы частота второй гармоники тока совпала с резонансной частотой контура.

Изменяя напряжение смещения, добиться максимума напряжения на выходе резонансного нелинейного усилителя, работающего в режиме умножения частоты. Зарисовать осциллограмму выходного напряжения умножителя.

2.Включить резистивную нагрузку - переключатель S3установить в положение «R8». Посмотреть и зарисовать осциллограмму напряжения на выходе для режима нелинейного элемента, используемых в п 1.

3.Уменьшитьна 200мВ.Исследовать нелинейный усилитель в режиме утроения частоты по методике, описанной в п. I и 2.

Теоретические сведения

Принципиальная схема нелинейного резонансного усилителя

приведена на рис. 1. Режим работы нелинейного элемента в схеме усилителя показан на рис. 2.

Рис. 1.1. Принципиальная схема нелинейного резонансного yсилителя.

Пусть на входе усилителя действует напряжение

)(1)

rneПри этом ток, протекающий в коллекторной цепи транзисторa,

  (2)

напряжение на коллекторе, если контур настроен в резонанс на одну из rapмоник,

     (3)

где Zэкр - эквивалентное сопротивление параллельного контура пpиpeзонансе;

- амплитуда напряжения на коллектope пpи peзонансе.

Рис. 2 Графики, поясняющие режим работы нелинейного

peзoнансного усилителя.

Рис. 3 Спектрограмма амплитуд коллекторного тока

Кусочно-линейная апроксимация характеристики транзистора

                         (4)

Позволяет найти амплитуды гармонических составляющих тока как функции угла отсечки θ:

    (5)

rдe и βn(θ) - коэффициенты разложения косинусоидальнoro импульса в ряд Фурье. Угол отсечки θ находят из соотношения

        (6)

Kоэффициенты разложения λ,(θ) достигают наибольших значений при углах отсечки

     (7)

а коэффициент

        (8)0%.

При анализе нелинейных цепей с избирательной характеристикой квазилинейным методом вводятся характеристики и параметры нелинейного элемента для интересующей гармоники. Так,параметром транзистора по первой гармонике в схеме рис. 1является средняя крутизна

Коэффициент усиления нелинейного резонансного усилителя по первой гармоникe

    (10)

Зaвисимость амплитуды первой гармоники коллектора токаили амплитуды напряжений на контуреот амплитуды входного нanpяжeния   называется колебательной характеристикой.

Зависимость коэффициента усиления нелинейного резонансного усилителя по первой гармоникeот амплитуды напряжения

возбуждения (называется амплитудной характеристикой усилителя.

Временная диаграмма коллекторного тока іx(t) в недонапряженном режиме имеет вид, показанный на рис. 2; B перенапряженном режиме наблюдаются провалы в импульсах коллекторного тока. Критический режим представляет собой предельный случай преренапряженного режима. Напряженность режима можно охарактеризовать с помощью так называемого коэффициента использования коллекторного напряжения иликоэффициента напряженности режима

      (11)

В критичeском рeжим e в недонапряженном ξ<ξкр, в перенапряжeнном

При определенном режиме работы усилителя можно приближенно считать, что минимальное напряжение на коллекторe равно нулю,

T.e.ξ=1:

Колебательные характеристики усилителя при различных углах отсечки имеют вид:

1)npnθ>π/2                npH

    npи

2)npnθ=π/

             npи

            npH

3)npnθ<ππ/2                   npи

  npи

              npи

2. Описание экспериментального модуля.

В практическом занятии используется модуль «Усилительные устройства радиочастоты».

В модуле расположены элементы нелинейного резонансного усилителя, нагрузку и режим которого можно изменять. Все органы управления выведены на лицевую панель. Вид лицевой панели экспериментального модуля приведен на рис.4.

Модуль позволяет исследовать колебательные характеристики нелинейного резонансного усилительного каскада при различных углах отсечки, определять коэффициенты усиления в режимах удвоения и утроения частоты.

На лицевой панели модуля расположены:

- paзъем подключения кабеля питания «Питаниe》;

- схема резонансного усилительного каскада;

- переключатель способа модуляции - по базе/по питанию (S1)

- переключатель «Емкость контура» (C6);

- регулятор напряжения смещения на базе активного элемента -«Смещение» (R3);

-переключатели нагрузки усилительного каскада: S2 -подключение контура C6L3, S3 - подключение резистора R8.

При выполнении практического занятия переключатель способа модуляции S1 устанавливается в положение «по базе».

Схема исследуемого в практическом занятии нелинейного резонансного усилителя приведена на рис. 5.

Колебательный контур резонансного усилителя настроен на частоту 465 кГц± 10%.

Рис. 4 Модуль «Усилительные устройства радиочастоты».

Pиc.5 Схема исследуемого нелинейного резонансного усилителя и умножителя частоты.

При проведении исследований на гнездо КТ2 (Вход 2) подают сигнал с первого канала генератopa.

Для проведения измерений и снятия осциллограмм используется осциллограф DSO2C10.

Постоянное смещениена базе транзистора VT1 (KT815) нелинейного усилителя можно изменять потенциометром R3(«Смещение»). Постоянное напряжение измеряется с помощью осциллографа в точке КТ3.

В цепи эмиттера транзистора VTI включено сопротивление R5=5Oм. Сигнал на гнездо КТ7 подается через усилитель с коэффициентом усиления равным 4. Передаточная характеристика равна 20 вольт/ампер. Току эмиттера 0,1 А соответствует величина напряжения на KТ7 - 2B.

Переключатель С6 («Емкость контура») позволяет устанавливать значение емкости контура (резонансную частоту контура) по заданию преподавателя.

Резистор R7=5 Ом, необходим для наблюдения на осциллографе формы тока нагрузки каскада. Сигнал на гнездо КТ8 тоже подаетсячeрe3 усилитель аналогично КТ7.

По осциллограмме тока эмиттера транзистора VT1 pис.6 экспериментально можно определить угол отсечки по формуле:

        (12)

Рис. 6 Методика экспериментального определения угла отсечки.

Содержание отчета.

Отчет о практическом занятии должен содержать:

1.Наименование и цель работы.

2. Принципиальную схему нелинейного резонансного усилителя.

3. Графики колебательных и амплитудных характеристик,полученных экспериментально.

4.Осциллограммы напряжений на выходе нелинейного резистивного усилителя при различных углах отсечки и напряжений на выходе удвоителя и утроителя частоты.

5. Результаты экспериментального определения коэффициентов усиления удвоителя и утроителя частоты.

6. Выводы и оценку результатов эксперимента.

Контрольные вопросы.

1. Чему равен коэффициент усиления нелинейного резонансного усилителя в критическом режиме при θ=90°.

2.Изобразите временные диаграммы коллекторного тока и напряжений на базе и коллекторе в схемах удвоителя и утроитeля частоты.

3.Объясните зависимость режимов работы нелинейного резонансного усилителя от питающих напряжений.

4. Как следует выбирать угол отсечки коллекторного тока в умножителях частоты при работе: а) с постоянной величиной импульса коллекторного тока, б) с постоянной амплитудой возбуждения.

5. Почему не применяются высокие кратности умножения частоты?

6. Каковы энергетические преимущества режима отсечки тока?