Учебное пособие 800161

В отсутствии модулирующего напряжения Im и не изменяются и являются функциями постоянного напряжения на затворе Uз=, α1( ) - коэффициент Берга.

Ток

Im = umf(1 - cos ) S.

С учетом этих соотношений можно найти

В свою очередь, угол отсечки

Описание лабораторного макета

Принципиальная схема макета амплитудного модулятора приведена на рис. 16. Макет работает на полевом транзисторе типа КП302. На затвор транзистора подается постоянное отрицательное напряжение с делителя R5, R3, R4, которое можно регулировать потенциометром R3. Модулирующее напряжение с гнезд «Uf» подается на делитель R9, R10 и затем через конденсатор С2 на затвор транзистора. Высокочастотное напряжение с гнезд «Uf» через конденсатор С1 подается непосредственно на затвор. С помощью тумблера SA1 можно подключить осциллограф либо к стоку транзистора, либо к истоку. В положении «1» сигнал снимается с колебательного кон-

20

тура, в положении «2» с резистора R6 = 80 Ом. Вольтметр «V» измеряет падение напряжения на части резистора R3. Общее постоянное напряжение между затвором и истоком

Uз = -(Uв + UR4 – UR6),

где Uв - показатель вольтметра (UR4 = 3В).

Рис. 16. Принципиальная схема макета амплитудного модулятора

1. Снять передаточную характеристику полевого транзистора, используемого в модуляторе, т.е. зависимость стока Iс от напряжения на затворе Uз=.

1.1.Подключить к выходным клеммам модулятора вольтметр постоянного тока или осциллограф с открытым входом, переключатель SA1 поставить в положение «2».

1.2.Изменяя потенциометром R3 напряжение на затворе транзистора, снять зависимость I0=f(Uз).

Ток стока рассчитывается по формуле

21

Ic = Iи = Uи/R6.

Данные измерений и расчета свести в таблицу параметров Uз= и Ic. Построить передаточную характеристику Ic = f(Uз=). Определить по графику крутизну S и напряжение отсечки E0.

1.3. Используя значение S и Е0, рассчитывать статические модуляционные характеристики в соответствии с домашним заданием для напряжений высокой частоты Umf = 0,5 В и 1 В (с помощью ПК).

2. Снять экспериментальные статические модуляционные характеристики усилителя при действии на входе высокочастотного колебания с частотой равной резонансной частоте контура в цепи стока и амплитудами 0,5 В и 1,0В.

2.1.Подключить генератор ВЧ к гнездам «Uf», вольтметр переменного тока или осциллограф к гнездам «UМ» ЛМ. Переключатель SA1 поставить в положение

«1».

2.2.Установить выходное напряжение генератора ВЧ равным 1В. Изменяя частоту генератора, добиться совпадения частоты генератора с резонансной частотой контура. При этом выходное напряжение Uк максимально.

2.3.Снять и построить модуляционные характеристики, т.е. зависимости Uк = f(Uз=) при двух амплитудах ВЧ

колебаний (1В и 0,5 В). Напряжение на затворе Uз = - (Uв + UR4), где Uв - показание вольтметра. Сравнить расчетные модуляционные характеристики по

п.1.3 с данными эксперимента.

Определить оптимальное напряжение смешения Uз0, соответствующее середине линейного участка модуляционной характеристики.

3. Снять динамическую модуляционную характеристику - зависимость коэффициента модуляции М от амплитуды модулирующего напряжения Umf. Характеристика снимается при ω=ωр, Uз==Uз0, F=1 кГц.

22

3.1.Подключить к гнездам UF генератор НЧ. Установить напряжение смещения на затворе транзистора Uз0. (см.п. 2.3.). К гнездам «Uf» подключить генератор ВЧ и выставить на нем немодулированное напряжение равное 1 В. К гнездам «UМ» подключить осциллограф. Изменяя выходное напряжение генератора UF, снять зависимость М=f(Umf). Для контроля модулирующего напряжения подключить вольтметр переменного тока к гнездам. «UF». Коэффициент модуляции М изменяется по осциллограмме напряжения на контуре (рис. 11) как М=(А-В)/(А+В). Напряжение UF изменять до получения искажений АМколебаний.

3.2.Получив коэффициент модуляции М=50%, переключить тумблер SA1 в положение «2». Зарисовать осциллограмму тока истока (осциллограф использовать с открытым входом).

4. Снять частотную характеристику модулятора т.е. за-

висимость коэффициента модуляции М от частоты модулирующего сигнала F. Частотная характеристика снимается при ω=ωр, Uз==Uз0, Uf=UВ, соответствующем М=50% на частоте

1000 Гц.

5. Изменить форму модулирующего колебания, подаваемого с генератора НЧ. Зарисовать АМ колебания для различных форм модулирующего напряжения (на частоте F = 1000

Гц при М = 50%).

Содержание отчета

1.Принципиальная схема транзисторного усилителя с модуляцией смещением.

2.Результаты расчета модуляционной характеристики на ПК и программу для ее расчета.

3.Результаты экспериментального исследования модулятора в виде таблиц и графиков.

4.Выводы и оценки результатов эксперимента.

23

Контрольные вопросы

1.Поясните физические процессы при амплитудной модуляции смещением на полевом транзисторе.

2.Почему режим работы полевого транзистора для получения АМ должен быть нелинейным?

3.Что такое коэффициент модуляции и от чего он зави-

сит?

4.Дайте определение статической модуляционной характеристики.

5.Как выбрать рабочую точку усилителя в модуляторе?

6.Какие причины вызывают искажения воспроизведения низкочастотного сигнала огибающей АМ - колебания?

7.Какую роль выполняет колебательный контур в цепи

стока?

24

Лабораторная работа №7 Детектирование амплитудно-моделированных колебаний

Цель лабораторной работы заключается в исследовании процессов, происходящих при детектировании амплитудномодулированных колебаний диодным детектором.

Теоретическ ие сведения

Детектирование представляет собой процесс, обратный модуляции, и заключается в восстановлении того управляющего сигнала, которым производится модуляция. Детектор должен содержать нелинейный или параметрический элемент, осуществляющий трансформацию спектра сигнала, и фильтр низких частот, выделяющий низкочастотные компоненты.

Принципиальная схема одного из видов диодного детектора приведена на рис. 17.

VD

Рис. 17. Принципиальная схема одного из видов диодного детектора

Постоянная времени τ=RC фильтра нижних частот выбирается так, чтобы обеспечить неискаженное воспроизведение огибающей АМ-колебений и необходимое сглаживание высокочастотных пульсаций:

2 /0 << RC << 2 /

где ω0 – несущая частота АМколебаний; Ω – наивысшая частота в спектре модулирующего сигнала.

Важными характеристиками амплитудных детекторов являются характеристики детектирования, под которыми под-

25

разумевают зависимости изменения постоянной составляющей тока ID или напряжения на выходе детектора UD=IDR от амплитуды высокочастотных колебаний или изменения модулируемого параметра. При анализе следует учитывать, что к диоду приложено напряжение U=Uin-UD.

Режим работы диодного детектора определяется амплитудой высокочастотных колебаний: для слабых сигналов, наибольшая амплитуда которых не превосходит 0,1 - 0,2 В, имеет место квадратичное детектирование: для сильных сигналов, амплитуда которых не менее 1 В, режим детектирования линейный.

При детектировании слабых сигналов можно считать, что UD = 0, U = Uin, а вольтамперная характеристика диода приближенно аппроксимируется степенным полиномом

Здесь U – амплитуда высокочастотных колебаний.

При квадратичном детектировании колебаний, амплитуда которых изменяется по закону

возникают нелинейные искажения: на выходе детектора появляется колебание с частотой 2Ω и амплитудой а2М2U2m0/4, коэффициент нелинейных искажений Kг пропорционален глубине модуляции

26

В этом случае увеличение амплитуды колебаний вызывает увеличение смещения UD, причем угол отсечки остается величиной постоянной, зависящей только от параметров схемы

а входное сопротивление линейного детектора по первой гармонике

27

Описание лабораторного макета

Принципиальная схема установки приведена на рис. 18. Детектор собран на одном макете с амплитудным модулятором. При выполнении работы входным сигналом детектора является выходной сигнал амплитудного модулятора.

Рис. 18. Принципиальная схема установки

На входе детектора имеется колебательный контур L2С2, настроенный на частоту ω0, совпадающую с резонансной частотой лабораторной установки работы «Амплитудная модуляция». Через индуктивность контура замыкаются низкочастотные составляющие тока детектора, создающие падение напряжения только на нагрузочном сопротивлении R20 = Rн.

В качестве нелинейного элемента использован точечный кремниевый диод типа КД401. Емкость фильтра можно изменять переключателем SA4, выбирая ее оптимальное значение (См).

Для определения входного сопротивления детектора используется метод замещения. С помощью переключателя SA2 (положение 2) к колебательному контуру вместо схемы детектора подключается эквивалентное сопротивление, которое шунтирует контур. Эквивалентное сопротивление можно

28