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

шающей половины полосы пропускания усилителя. Амплитуду несущего колебания («Carrier amplitude») взять такой, чтобы при установленном напряжении смещения (0.4 В, UН, 0.8 В) усилитель работал сначала в недонапряжённом, а затем в перенапряжённом режиме.

Контрольные вопросы к защите работы

1.В каких случаях реальную характеристику транзистора, отображающую зависимость коллекторного тока от напряжения между базой и эмиттером, целесообразно аппроксимировать кусочно-ломаной функцией? Какими параметрами при этом будет описываться ВАХ транзистора?

2.Что такое угол отсечки тока нелинейного усилителя? Как меняется угол отсечки с изменением напряжения смещения? Амплитуды напряжения, подаваемого на вход усилителя?

3.Каким образом можно регулировать угол отсечки, сохраняя неизменной амплитуду усиливаемого напряжения? пиковое значение импульсов коллекторного тока? Из каких соображений выбирается угол отсечки в резонансном усилителе, работающем при больших уровнях входного сигнала?

4.Чем определяется выходное напряжение нелинейного резонансного усилителя? Как можно оценить амплитуду этого напряжения? Как она изменится, если увеличить напряжение смещения? Уменьшить амплитуду усиливаемого напряжения?

5.Изобразите временны́е диаграммы коллекторного тока в недонапряжённом, критическом и перенапряжённом режимах нелинейного резонансного усилителя. Из каких соображений обеспечивается тот или иной режим работы усилителя?

6.Почему временны́е диаграммы коллекторного тока и напряжения на колебательном контуре в нелинейном режиме существенно отличаются друг от друга? Изобразите качественно спектры выходного тока и напряжения на контуре. В чем отличие этих спектров?

7.Что такое колебательная характеристика нелинейного резонансного усилителя? В чем её практическое содержание? Как рассчитать и экспериментально определить колебательную характеристику?

8.Чем отличаются колебательные характеристики нелинейного резонанс-

ного усилителя, построенные для углов отсечки Θ = 90°, Θ < 90° и Θ > 90°? Изобразите их качественно.

9. Изобразите качественно две колебательные характеристики нелинейного усилителя, соответствующие двум разным значениям: а) напряжения смещения; б) напряжения источника питания; в) резонансного сопротивления контура.

80

10.Изобразите зависимости коэффициента усиления нелинейного усилителя от амплитуды усиливаемого напряжения для разных значений напряжения смещения. Почему при неограниченном росте амплитуды входного напряжения коэффициент усиления падает до нуля?

11.Можно ли так выбрать положение рабочей точки на проходной ВАХ транзистора нелинейного усилителя, что в составе коллекторного тока будут отсутствовать гармоники нечётных номеров? Чётных номеров?

12.Каковы энергетические преимущества нелинейного режима работы резонансного усилителя по сравнению с линейным? Изобразите зависимость коэффициента полезного действия усилителя от угла отсечки.

13.Как следует выбирать угол отсечки в умножителе частоты для реализации максимального коэффициента передачи при: а) фиксированной амплитуде входного напряжения; б) при фиксированной пиковой величине импульсов тока?

14.Каков принцип работы нелинейного умножителя частоты? Почему трудно добиться высокой кратности умножения?

Литература: [1, с. 240-247; 251-253], [2, с. 321-323; 326-332], [3, с. 274-285], [4, с. 70-77; 151-152].

81

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В ЛИНЕЙНЫХ АКТИВНЫХ ЦЕПЯХ

7.1. Цель работы

Цель работы — экспериментально исследовать влияние обратной связи на основные параметры и характеристики линейной активной частотно-избира- тельной цепи.

7.2. Краткие теоретические сведения

Активную радиотехническую цепь, в которой часть энергии выходного сигнала вновь подаётся на вход, относят к цепям с обратной связью (ОС). Введение ОС, с одной стороны, позволяет в ряде случаев существенно улучшить характеристики цепи или реализовать цепь с новыми свойствами, а с другой стороны, может приводить к неустойчивости цепи, вследствие которой в активной цепи с ОС возникают автоколебания.

Обобщенная схема активной цепи с ОС показана на рис. 46. В её прямой ветви включена активная цепь, обладающая коэффициентом передачи Kɺ(ω), в обратной ветви — пассивная цепь обратной связи с коэффициентом передачи βɺ(ω).

sβ(t) βɺ(ω)

Рис. 46

Пусть сигнал с выхода цепи s2(t) снимается в виде напряжения (ОС по напряжению) и подаётся на вход sβ(t) также в виде напряжения (последовательная ОС). Тогда комплексный коэффициент передачи по напряжению цепи, охваченной ОС:

где KɺП (ω)— коэффициент передачи петли ОС:

82

Если на какой-либо частоте аргумент коэффициента передачи петли ОС ϕП(ω), определяющий набег фазы в петле ОС, кратен 2π, то сигнал на выходе цепи обратной связи sβ(t) и входной сигнал s0(t) складываются синфазно, при этом

и обратная связь считается положительной (ПОС). При приближении величины KП(ω) к единице получаем, что KОС(ω) → ∞, и состояние цепи с ОС приближается к границе устойчивости. При KП(ω) > 1 цепь неустойчива, в ней могут возникать незатухающие автоколебания.

Если ϕП(ω) = πk, где k = ±1, ±3, … , то сигнал обратной связи и входной сигнал складываются в противофазе, при этом

и обратная связь является отрицательной (ООС), причем при KП(ω) → ∞ коэффициент передачи цепи с ОС определяется только свойствами цепи обратной

связи: KОС(ω) ≈ 1/β(ω).

Отрицательная ОС широко используется в радиотехнике. В условиях снижения коэффициента передачи её применение позволяет увеличить стабильность коэффициента усиления, выровнять частотные характеристики, уменьшить искажения.

Пусть на некоторой частоте цепь обратной связи имеет коэффициент передачи «минус» β, усилительный каскад — коэффициент усиления K. Полагаем, что при отсутствии ОС относительная нестабильность коэффициента усиления, вызванная случайными изменениями температуры, напряжения питания и т.п., равна ∆K/K. Тогда при наличии ООС нестабильность коэффициента передачи активной цепи с ОС составит

За счёт использования ООС относительная нестабильность коэффициента передачи уменьшается в (1 + K·β) раз.

Частотную зависимость коэффициента передачи усилителя на верхних частотах

83

можно рассматривать как проявление нестабильности. Снижение при введении ООС относительного изменения коэффициента передачи цепи в (1 + K·β) раз эквивалентно расширению её полосы пропускания во столько же раз. Достигается это за счёт неравномерного снижения коэффициента усиления цепи с ООС, который уменьшается тем меньше, чем выше частота:

Расширение полосы пропускания позволяет снизить частотные и фазовые искажения сигнала в усилительном каскаде с ООС.

Использование ООС даёт возможность уменьшить искажения сигнала, возникающие в усилительном каскаде за счёт влияния собственных шумов, появления высших гармоник тока и т. п. Такие искажения можно смоделировать, суммируя выходной сигнал цепи с ОС с внешней помехой sП(t) (рис. 47). В отсутствие ООС такая помеха беспрепятственно попадает на выход. При введении в схему ООС сигнал помехи, проходя по петле обратной связи, приобретает фазовый сдвиг 180°, и складываясь в противофазе с самим собой, снижает уровень помехи на выходе цепи в (1 + K·β) раз.

Коэффициент, численно равный (1 + K·β), часто называют глубиной ООС.

sβ(t) βɺ(ω)

Рис. 47

7.3. Описание виртуального стенда

Работа выполняется фронтально методом моделирования на компьютере с использованием схемотехнического симулятора. Вид используемой виртуальной лабораторной установки показан на рис. 48.

84