Материал: Радиотехнические цепи и сигналы для дистанционного обучения. Останков А.В

ню «Analysis» и установив следующие данные для выполнения: Component = R1 (системный идентификатор сопротивления Rb); Parameter = Resistance; Output node = 2; Sweep for: DC Operating Point (вариация применительно к режиму по постоянной составляющей); остальные параметры — исходя из их смысла. По полученной зависимости, используя визиры, определить точное значение искомого сопротивления и установить найденный номинал в схеме.

Убедиться, что напряжение смещения соответствует требуемому (с точностью до сотых долей В), активировав команду «DC Operating Point» меню «Analysis» (смотреть напряжение в ноде 2). Если напряжение смещения отличается от требуемого, следует уточнить значение сопротивления Rb.

Зафиксировать и занести в отчёт постоянное напряжение на эмиттере (Q1#emitter) и коллекторе (Q1#collector) транзистора, постоянную составляющую (L1#branch) коллекторного тока, значение сопротивления Rb.

55

5.4.2. Исследование характеристик резонансного усилителя

Измерить частотные характеристики усилителя.

Используя данные табл. 14, рассчитать резонансную частоту колебательного контура fP, определяющую центральную частоту АЧХ усилителя и собственную полосу пропускания контура Пf. Результаты расчёта внести в отчёт.

Подать на вход усилителя гармоническое колебание с частотой, равной расчётному значению fP, и амплитудой 1 мВ. Для этого переключатель S1 перевести в верхнее положение и установить параметр Frequency источника напряжения «Function Generator» равным fP, Amplitude = 1 mV, тип колебания — гармонический.

Активировать команду «AC Frequency ...» меню «Analysis». Установить в диалоговом окне команды минимальное и максимальное значения частоты Start frequency ≈ ( fP – 1.5 Пf), End frequency ≈ ( fP + 1.5 Пf), где fP и Пf — расчётные значения резонансной частоты и полосы пропускания контура; масштаб по оси частот (Sweep type) — линейный (Linear); Number of point = 5000; масштаб по вертикали (Vertical scale) — линейный; Nodes for analysis = 6. Нажать кнопку «Simulate». Используя визиры, снять значения (15...20 точек) частотных характеристик усилителя и занести их в табл. 16 (для получения АЧХ значения всех точек верхней кривой следует разделить на амплитуду входного напряжения). Зарисовать в масштабе АЧХ и ФЧХ усилителя по данным из табл. 16.

Таблица 16

Определить по АЧХ коэффициент усиления на резонансной частоте и полосу пропускания усилителя. Сравнить полученные значения с расчётными.

Определить по АЧХ коэффициент усиления K0 на резонансной частоте. Занести его значение в отчёт. Оценить по уровню 0.707 от максимального значения АЧХ (0.707 K0) полосу пропускания Пf Э усилителя. Занести её значение в отчёт. Сравнить значения полосы пропускания усилителя и собственную полосу пропускания контура. Сделать вывод.

Перевести переключатель S3 в правое положение. Запустить моделирование. Измерить амплитуды входного (синяя кривая) и выходного напряжений усилителя (черная кривая), воспроизводимых на экране осциллографа (в установившемся режиме). Обратить внимание на то, что амплитуда колебания на входе усилителя (в ноде 1) может несколько превышать амплитуду на выходе

56

генератора (1 мВ), что обусловлено паразитной обратной связью в транзисторе. Рассчитать отношение амплитуд выходного и входного напряжений. Внести его в отчёт и сопоставить с ранее найденным по АЧХ значением K0.

Используя данные табл. 15 и формулы (30),(32), рассчитать теоретические значения резонансного коэффициента усиления K0 и полосы пропускания Пf Э усилителя. Расчёт выходного дифференциального сопротивления транзистора выполнять по формуле Ri = 1/h22, сопротивление эквивалентного контура RК Э — с учётом RВХ = 100 кОм и Ri (см. (27)). Результаты расчётов отразить в отчёте и сравнить их с экспериментальными значениями. Сделать выводы.

Исследовать зависимость коэффициента усиления и полосы пропускания усилителя от величины шунтирующего сопротивления.

Рассчитать, используя формулу (32) и ранее найденные Пf, RК и Ri, значения сопротивления RВХ, при которых исходная полоса пропускания Пf Э усилителя увеличивается в ³⁄2, 2, 3, 4, 6 раз. Внести полученные значения в первую строку табл. 17.

Таблица 17

Последовательно уменьшать величину сопротивления Rs, шунтирующего выход усилителя, до значений, указанных в верхней строке табл. 17. Каждый раз выполнять команду «AC Frequency ...» и оценивать по частотным характеристикам резонансный коэффициент усиления и полосу пропускания усилителя. Результаты отразить в табл. 17, сопроводив их выводом.

5.4.3.Исследование особенностей усиления АМ-сигнала

стональной модуляцией

Определить параметры сигнала на выходе усилителя при воздействии на его входе тонального АМ-напряжения и отсутствии расстройки.

Установить исходное значение сопротивления шунта Rs.

Сформировать и подать на вход усилителя АМ-напряжение с тональной модуляцией, обладающее коэффициентом модуляции M1 = (58 − N)/56 (N — номер варианта), частотой несущей, равной резонансной частоте fP, амплитудой несущей 1 мВ, частотой модуляции F = Пf Э/2. Для этого перевести переключатель S1 в нижнее положение, превратив источник (Function Generator) в генератор модулирующего колебания. Установить параметр Frequency генератора рав-

57

ным частоте модуляции F = Пf Э/2 (Amplitude = 1 mV, тип колебания — гармонический). Заданная амплитуда U0 1 = 1 мВ и частота несущего колебания f0 = fP радиосигнала обеспечиваются установкой соответствующего уровня напряжений источников «Sо» и «fо». Для реализации требуемого коэффициента модуляции M1 следует задать напряжение источника «Kam» точно равным M1 (действительно при равных амплитудах несущего и модулирующего колебаний

KАМ = M1 U0 1/max|sИ(t)| = M1).

Переключатель S3 перевести в левое положение. Запустить моделирование. Установить длительность развёртки осциллографа так, чтобы колебания на его экране просматривались в пределах одного-двух периодов огибающей амплитуд. Остановить моделирование следует не ранее полного обновления экрана. Изучить и внести в отчёт временны́е диаграммы входного и выходного напряжений. При этом разумно одно из колебаний на время «убрать» с экрана нажатием на кнопку «0», имеющуюся на панели каждого канала (для возврата осциллограммы достаточно нажать на кнопку «DC»).

Оценить по временно́й диаграмме выходного напряжения его коэффициент амплитудной модуляции М2:

где A2max и A2min — максимальное и минимальное значения огибающей амплитуд выходного напряжения. Сравнить коэффициент модуляции входного и выходного напряжений. Сделать вывод. Рассчитать теоретическое значение коэффициента М2 по формуле (35), сопоставить с экспериментальным.

Определить, используя обе осциллограммы, сдвиг по фазе между огибающими входного и выходного напряжений: ψ1−ψ2 =∆t F 360°, где ∆t — ин-

тервал времени между ближайшими пиками огибающих амплитуд входного и выходного колебаний, F — частота модуляции. Рассчитать теоретическое значение фазового сдвига по формуле (36). Сопоставить расчётное и экспериментальное значения. Сделать выводы.

Исследовать зависимость коэффициента модуляции выходного напряжения и фазового сдвига между огибающими от частоты модуляции.

Последовательно увеличивать частоту модулирующего колебания F до значений, указанных в верхней строке табл. 18. Каждый раз, используя осциллограммы, оценивать коэффициент амплитудной модуляции выходного колебания М2 и сдвиг по фазе между огибающими ψ1 − ψ2 входного и выходного напряжений. Результаты отразить в табл. 18. Сделать выводы.

58

Таблица 18

Выяснить, как влияет взаимная расстройка усиливаемого сигнала и цепи на форму выходного колебания.

Установить частоту модуляции равной F = Пf Э/2, частоту несущего колебания f0 = fP + ПfЭ/2. Получить осциллограмму выходного напряжения, внести её в отчёт и сравнить с осциллограммой сигнала при отсутствии расстройки между частотой несущего колебания и резонансной частотой усилителя. Сделать выводы. При необходимости повторить опыт, увеличив значение расстройки частоты до значения ПfЭ.

5.4.4. Исследование искажений усиливаемого сигнала при сложном законе модуляции

Изучить форму огибающей выходного сигнала усилителя при воздействии на его входе двухтонального АМ-напряжения.

Сформировать и подать на вход резонансного усилителя амплитудно-мо- дулированное напряжение с двухтональной модуляцией (информационный сигнал состоит из двух гармоник разных частот):

где амплитуда несущей U0 1 = 1 мВ, а частота несущей точно равна резонансной частоте (ω0 = ωР); коэффициент модуляции — М1 = (58 − N)/56 (N — номер варианта); минимальная частота модуляции F ≈ Пf Э/2; сдвиг по фазе составляющих огибающей амплитуд — ϕ = (10 N − 20)°.

Для этого установить параметр Frequency функционального генератора (Function Generator) равным минимальной частоте модуляции F = Пf Э/2 (Amplitude = 1 mV, тип колебания — гармонический, переключатель S1 — в нижнем положении). Переключателем S2 подключить ко второму управляющему входу модулятора источник гармонического напряжения E2. Установить действующее значение напряжения источника E2 равным 0.2357 мВ («Voltage»), чтобы амплитуда генерируемого им колебания составила ⅓ мВ; частоту («Frequency») — 3 F = 3 Пf Э/2; параметр «Phase» равным ϕ = (10 N − 20)°. Для

59