3. Описание лабораторной установки

В состав лабораторной установки для исследования транзисторного генератора с коллекторной модуляцией входят универсальный стенд с

автономным источником постоянного напряжения, работающего от сети 220 В, два звуковых генератора (источник возбуждения и модуляционный), универсальный вольтметр, осциллограф. Дополнительно при выполнении данной лабораторной работы может использоваться измеритель глубины АМ (модулометр).

Упрощенная схема универсального стенда показана на рис.10. Генератор с внешним возбуждением выполнен на кремниевом сплавном транзисторе типа П302 p-n-p проводимости, включенном по схеме с общим эмиттером. Напряжение питания Е_к регулируется от 0 до 30 В. Для осуществления коллекторной модуляции низкочастотное модулирующее напряжение U_кΩ поступает в коллекторную цепь (при левом положении переключателя S2) через трансформатор Т1 от звукового лабораторного генератора ЗГ №2. Одновременно с включением в коллекторную цепь звукового трансформатора уменьшаются величины блокировочных элементов: дросселя L_бл3 (с 60 до 6мГн) и конденсатора С_р2 (с 100 до 0,1 мкФ) так, чтобы обеспечивалась необходимая развязка в цепи питания по модулирующей и по несущей частотам.

В лабораторной установке коллекторная АМ осуществляется в генераторе с резонансной нагрузкой. С этой целью в коллекторную цель включается согласующая цепь в виде П-контура (переключатель S3 в положении 3), настроенного в резонанс на частоту входного сигнала f = 50 кГц. Во входной цепи в качестве источника возбуждения используется генератор ЗГ №1 типа Г3-109. Переключатель вида входной цепи S1 устанавливается в положение 2. При этом напряжение возбуждения подается через сопротивление R_Г = 300 Ом, что позволяет обеспечить амплитуду возбуждения, достаточную для перевода генератора в перенапряженный режим при сохранении возбуждения гармоническим током базы.

14

15

4. Охрана труда

4.1. Прежде чем приступить к работе, необходимо изучить инструкцию по технике безопасности, имеющуюся в лаборатории.

4.2. Включение установки разрешается только в присутствии лаборанта или преподавателя.

4.3. В целях безаварийной работы установки требуется неукоснительно соблюдать порядок операций при выполнении лабораторной работы, строго выполнять требования инструкций по использованию измерительных приборов (инструкции по работе с измерительными приборами имеются в лаборатории).

5. Задание к работе и порядок ее выполнения

Теоретическая часть

5.1. По разделу 2 методических указаний изучить теоретические сведения об амплитудной модуляции, об энергетических и качественных показателях генераторов при АМ, об особенностях работы транзисторного генератора при модуляции на коллектор.

5.2. Используя известные из предыдущей лабораторной работы результаты расчета и предполагая линейной статическую модуляционную характеристику, для критического режима генератора как для режима максимальной мощности при коллекторной АМ, по формулам раздела 2.4 рассчитать Е_{к мол}; I_{к0 мол}; U_{к мол}; Р_1мол; Р_{0 мол}; η_мол – в режиме молчания, считая т=1, а также Р_{н ср}; Р_{0 ср}; η_ср – в среднем режиме (принять m_ср =1).

Экспериментальная часть

5.3. Произвести подготовку универсального стенда и измерительных приборов к выполнению работы. Для этого установить переключатель S1 в положение 2, S2 – в левое положение, S3 – в положение 3, S4 – в положение 1. Переключателем S5 установить R_н = 150 Ом.

Подключить генератор Г3-109 к клеммам “U_Г1”, а модуляционный генератор – к клеммам “U_Ω“. Установить регуляторы уровня выходного сигнала на генераторах в крайние левые положения. К клемме “U_н” подключить осциллограф (универсальный вольтметр или модулометр), к клемме “ i_к” – другой вход осциллографа.

Включить питание стенда и измерительных приборов. Установить напряжение Е_к = 20 В и внешнее напряжение смещения на базу Е_вн ≈ −0,4 В, соответствующее моменту отпирания транзистора.

16

5.4. Произвести настройку генератора в критический режим при R_н = I50 Ом и Е_к=20 В по методике, описанной в предыдущей лабораторной работе. Измерить энергетические характеристики коллекторной цепи Р_{1 кр} = Р_{1 max}; Р_{0 кр} =Р_{0 max}; η_кр = η_max и сравнить их с расчетным.

5.5. Исследовать статические модуляционные характеристики I_к0; U_{н эфф}(Е_к) и формы импульсов i_к (ωt), е_к (ωt), u_н (ωt).

Изменяя напряжение Е_к от 0 до приблизительно 25 В (1,25 Е_{к кр}), снять зависимость I_ко, U_{н эфф} (Е_к). При трех значениях Е_к= 10 В; 20 В; 25 В зарисовать формы импульсов i_к (ωt), е_к (ωt), u_н (ωt).

Рассчитать зависимости Р_н = U²_{н эфф} /R_н, Р₁ = Р_н /η_цс , Р₀ =Е_кI_к0, η =Р₁/Р₀ от Е_к, приняв КПД П-контура η_цс ≈ 0,6. Для Е_к = Е_{к мол} = 0,5 Е_{к кр} сопоставить экспериментальные и расчетные значения I_{к0 мол}; Р_1мол; Р_{0 мол}; η_мол.

5.6. Исследовать амплитудную динамическую модуляционную характеристику, т.е. зависимость коэффициента m глубины АМ от U_кΩ. Для этого установить напряжение на коллекторе, соответствующее режиму молчания Е_к = Е_{к мол} = 10 В. Установить на ЗГ №2 модулирующую частоту F = 0,4 кГц.

Изменяя амплитуду модулирующего напряжения U_кΩ от нуля до величины, соответствующей стопроцентной модуляции (т ≈1), снять зависимость т от U_кΩ. Величину модулирующего напряжения U_кΩ можно контролировать по прибору генератора ЗГ №2, поскольку коэффициент трансформации модуляционного трансформатора близок к единице. Коэффициент m измерять с помощью модулометра (отдельно значения, соответствующие модуляции "вверх" т⁺ и "вниз" m¯).

В случае отсутствия этого прибора в составе лабораторной установки следует воспользоваться осциллографом. Переключив развертку осциллографа так, чтобы можно было наблюдать огибающую амплитудно-модулированных ВЧ колебаний на нагрузке U_н(Ωt), измерять значения U_{н max} и U_{н min}. Коэффи- циент глубины АМ рассчитать по формуле

5.7. Оценить увеличение I_{к0 ср} (или Р_{0 ср}) при m_ср =1 по сравнению со значением I_{к0 мол} (или Р_{0 мол}) при m=0 и сравнить экспериментальное значение Р_{0 ср} с расчетным.

17

5.8. Оценить влияние на линейность модуляции : величины напряжения Е_{к мол}, сопротивления нагрузки R_н и амплитуды напряжения U_кΩ.

Вначале при Е_{к мол}=10 В зарисовать осциллограммы огибающих напряжений на нагрузке U_н(Ωt) и на коллекторе е_к(Ωt), соответствующие глубине модуляции т = 0,5. Несколько увеличить напряжение Е_{к мол}. Убедиться, что при этом появляются уплощения в огибающей U_н(Ωt), что обусловлено частичным переходом генератора в недонапряженный режим. Зарисовать осциллограммы U_н(Ωt) и е_к(Ωt) и измерить модулометром значения m⁺ и m¯ . Убедиться, что к такому же эффекту приводит снижение нагрузочного сопротивления (R_н<R_{н кр} ).

Снова установить Е_{к мол}=10 В и R_н=R_{н кр}=150 Ом и теперь увеличивать амплитуду модулирующего напряжения U_Ω до тех пор, пока не появятся специфические искажения в огибающей ВЧ колебаний ("перемодуляция"). Зарисовать осциллограммы огибающих U_н (Ωt) и е_к (Ωt).

5.9. Снять частотную динамическую модуляционную характеристику, т.е. зависимость m от частоты F модулирующего колебания.

Для этого на частоте F=0,4 кГц установить уровень модулирующего напряжения U_кΩ, соответствующий глубине модуляции т=0,6. Изменяя частоту и поддерживая постоянным уровень напряжения U_кΩ (по прибору генератора ЗГ №2), определить зависимость глубины модуляции т от частоты F при ее изменении в пределах от 0,1 кГц до 10 кГц. Построить ЧДМХ и по ней оценить граничные частоты по уровню 2 дБ, т.е. при уменьшении т с 0,6 до 0,5.

5.10. Установить регуляторы уровня выходных сигналов ЗГ №1 и ЗГ №2 в крайние левые положения. Выключить питание стенда и всех измерительных приборов.