Материал: Радиотехнические цепи и сигналы для дистанционного обучения. Останков А.В
выходного колебания, полученных при разных напряжениях смещения. Используя визиры, можно отыскать осциллограмму, наиболее отвечающую заданному углу отсечки, а значит, и искомое напряжение смещения.
|
26 |
|
|
|
|
|
(V) |
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Voltage |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
100 |
2u |
4u |
6u |
8u |
10u |
V1 Voltage: 0.6V |
Time (s) |
|
|
|
||
Рис. 44
Исследовать форму напряжения на контуре при разных углах отсечки выходного тока.
Переключатель «Space» перевести в положение «Контур». Устанавливая поочередно напряжение смещения, соответствующее углам отсечки 180, 120, 90 и 60°, зарисовать временны́е диаграммы выходного напряжения, снимаемого с контура. Измерить и указать в отчёте значения амплитуд напряжения. Внимание! Измерение амплитуды выходного напряжения при подключенной резонансной нагрузке следует выполнять по окончании переходного процесса, длительность которого составляет, как правило, около (0.5...1)/Пf Э, где Пf Э – полоса пропускания усилителя в Гц.
Сравнить форму импульсов коллекторного тока и напряжения на контуре. Сделать выводы.
Исследовать форму импульсов выходного тока усилителя в перенапряженном режиме работы.
Переключателем «Space» вновь включить резистивную нагрузку. Установить напряжение смещения равным начальному напряжению ВАХ (UН, табл. 19). Получить перенапряжённый режим работы усилителя: постепенно увеличивая амплитуду входного напряжения, добиться на экране осциллографа провала в верхней части импульсов напряжения. Снять осциллограмму напряжения, сделать выводы.
75
6.5.2. Исследование колебательных характеристик нелинейного резонансного усилителя
Подготовить установку к исследованиям.
Переключатель «Space» перевести в положение «Контур». Установить постоянное напряжение смещения на базе транзистора UБ 0 равным 0.4 В.
Снять семейство колебательных характеристик усилителя.
Изменяя амплитуду гармонического напряжения на входе усилителя от 0 до 2 В с шагом не более 100 мВ, фиксировать амплитуду напряжения на контуре (выходе) усилителя в установившемся режиме. Результаты измерений внести в табл. 20.
Аналогичным образом снять колебательные характеристики усилителя еще для двух значений напряжения смещения UБ 0 = UН и 0.8 В. Результаты измерений отразить в табл. 20. Построить график семейства колебательных характеристик нелинейного резонансного усилителя. Проанализировать результаты. Сопоставить экспериментальные характеристики с расчётными. Сделать выводы.
Таблица 20
UБ 0, В |
|
Характеристики нелинейного усилителя |
|
|
|||||||
|
UБ, мВ |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
0.4 |
UК, В |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
… |
… |
|
K, безр. |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
… |
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UБ, мВ |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
UН |
UК, В |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
|
K, безр. |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
… |
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UБ, мВ |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
0.8 |
UК, В |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
… |
… |
|
K, безр. |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
… |
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определить фактические амплитуды входного напряжения, при которых усилитель работает в критическом режиме.
По колебательным характеристикам оценить амплитуды входного напряжения, при которых наступает критический режим. Сравнить с теоретическими результатами.
Объяснить форму полученных колебательных характеристик. Дать рекомендации по выбору номинального режима работы усилителя (предложить рациональные значения напряжения смещения, амплитуды усиливаемого напряжения).
76
6.5.3. Исследование зависимости коэффициента усиления нелинейного усилителя от амплитуды входного напряжения
Получить зависимости коэффициента усиления усилителя от амплитуды входного напряжения.
Используя результаты эксперимента, полученные в предыдущем разделе, рассчитать зависимости коэффициента усиления K усилителя от амплитуды напряжения на базе UБ для трёх значений напряжения смещения (0.4, UН и 0.8 В). Результаты внести в табл. 20. Полученные зависимости изобразить поверх теоретических кривых. Прокомментировать соответствие эксперимента и расчётов. Дать физическое толкование полученным результатам.
Определить фактические амплитуды входного напряжения, при которых достигаются наибольшие значения коэффициента усиления.
Для трёх значений напряжения смещения определить наибольшие значения коэффициентов усиления K, которые может обеспечить усилитель; амплитуды входного колебания, соответствующие этим коэффициентам усиления, зафиксировать. Полученные данные сравнить с теоретическими результатами.
6.5.4. Исследование удвоителя частоты
Подготовить установку к исследованиям. Для этого установить амплитуду гармонического напряжения на входе усилителя 400 мВ и вдвое уменьшить его частоту, чтобы обеспечить совпадение частоты второй гармоники выходного тока с резонансной частотой усилителя.
Определить максимальный коэффициент передачи удвоителя частоты.
Изменяя напряжение смещения на базе транзистора, добиться максимальной амплитуды напряжения на выходе резонансного удвоителя частоты.
Для ускорения измерений по данному пункту исследований можно задействовать команду «Parameter Sweep ...» меню «Analysis». В окне команды следует задать: Component = V1; Parameter = Voltage; Start value = 0.2 В, End value = 1.2 В; Sweep type = Linear; Increment step size = 0.05 В или меньше; Output node = 7. Установить параметры режима «Transient Analysis»: Calculate DC operating point, Start time (не менее (0.5...1)/Пf Э), End time, Minimum number of time point. Возможный результат выполнения команды «Parameter Sweep ...» показан на рис. 45 в виде осциллограмм выходного напряжения для разных напряжений смещения. Установив курсор на осциллограмме колебания с максимальной амплитудой, прочитать в строке состояния соответствующее этому колебанию напряжение смещения.
77
|
4 |
|
|
|
|
|
(V) |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Voltage |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
−2 |
|
|
|
|
|
|
−4 150u |
152u |
154u |
156u |
158u |
160u |
V1 Voltage: 0.65V |
Time (s) |
|
|
|
||
Рис. 45
Указать в отчёте величину экспериментально найденного оптимального напряжения смещения — смещения, обеспечивающего выходное напряжение удвоителя с максимальной амплитудой. Установить напряжение смещения равным оптимальному значению. Произвести моделирование.
Зарисовать в одном временно́м масштабе осциллограммы входного и выходного напряжений удвоителя при оптимальном напряжении смещения. По значениям амплитуд выходного и входного напряжений определить величину максимального коэффициента передачи удвоителя частоты, зафиксировать его в отчёте и сравнить с расчётным значением. Прокомментировать результаты. Сделать выводы.
Определить оптимальный угол отсечки выходного тока удвоителя.
Включить резистивную нагрузку. Зарисовать в масштабе осциллограммы входного и выходного напряжений. По осциллограмме напряжения на резистивной нагрузке определить угол отсечки тока, сравнить его величину с расчётной. Объяснить различие в осциллограммах, полученных в предыдущем и в данном пункте. Сделать выводы.
6.5.5. Исследование утроителя частоты
Подготовить установку к исследованиям. Переключатель «Space» перевести в положение «Контур». Установить частоту входного напряжения втрое меньше резонансной частоты усилителя, чтобы подстроить частоту третьей гармоники выходного тока под резонансную частоту.
Определить максимальный коэффициент передачи утроителя частоты.
78
Изменяя напряжение смещения на базе транзистора, добиться максимальной амплитуды напряжения на выходе резонансного утроителя частоты. Указать в отчёте величину оптимального напряжения смещения — смещения, обеспечивающего максимальное по амплитуде выходное напряжение.
Установить напряжение смещения равным экспериментально найденному оптимальному значению. Зарисовать в одном временно́м масштабе осциллограммы входного и выходного напряжений утроителя при оптимальном смещении. По измеренным значениям амплитуд напряжений определить величину максимального коэффициента передачи утроителя частоты, зафиксировать его в отчёте и сравнить с расчётным значением. Сделать выводы.
Определить оптимальный угол отсечки выходного тока утроителя.
Включить резистивную нагрузку. Снова зарисовать осциллограммы входного и выходного напряжений. По осциллограмме напряжения на резистивной нагрузке определить угол отсечки тока, сравнить его величину с расчётной. Сделать выводы.
6.5.6. Дополнительные задания для пытливых студентов
Исследовать влияние величины сопротивления Rs (см. рис. 42), шунтирующего нагрузочный контур, на колебательную характеристику усилителя для разных значений смещения.
Исследовать зависимость коэффициента полезного действия (КПД) нелинейного усилителя от величины угла отсечки выходного тока в недонапряжённом и перенапряжённом режиме при фиксированной амплитуде входного колебания. Возможные значения угла отсечки (например, 30, 60, 90, 120, 180°) устанавливать изменением напряжения смещения. КПД определять как отношение (0.5 UK/ЕK) (IK1/IK0), где UK — амплитуда выходного напряжения при резонансной нагрузке, ЕK – напряжение питания, IK1/IK0 — отношение амплитуды первой гармоники к постоянной составляющей выходного тока (определить это соотношение можно, активировав режим «Fourier...» меню «Analysis»; точка съема «Output node» — номер 5).
Исследовать особенности нелинейного усиления колебаний с тональной АМ и возникающих при этом искажений. Отключить от входа схемы универсальный генератор и заменить его генератором АМ-напряжения (группа «Source»). Установить частоту несущего колебания («Carrier frequency») равной резонансной частоте усилителя, единичный коэффициент модуляции («Modulation index»), частоту модуляции («Modulation frequency»), не превы-
79