Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

БелорусскиЙ государственный университет

информатики и радиоэлектроники

Факультет информационной безопасности

Кафедра инфокоммуникационных технологий

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И УМНОЖИТЕЛЕЙ ЧАСТОТЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

Студент группы 062101

Проверил Гурский А.Л.

Минск 2022

1 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить работу и исследовать характеристики диодных однотактных, балансных и кольцевых преобразователей, а также транзисторных преобразователей и умножителей частоты.

2 ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

2.1 Анализ работы и характеристики однотактного диодного преобразования частоты.

Рисунок 1 – Принципиальная схема

Рисунок 2 – Временные характеристики Графики:

1 – Входной сигнал𝑈_вх(𝑡) {𝑈_𝑖𝑛(𝑡)} и сигнал 𝑈_𝑟(𝑡) в вольтах, время в микросекундах, 2 – ток через диод I(D) в миллиамперах, время в микросекундах, 3 – амплитудный спектр тока I(D), частота в мегагерцах, 4 – выходной сигнал 𝑈_вых(𝑡) {𝑈_𝑜𝑢𝑡(𝑡)} в вольтах, время в микросекундах, 5 – амплитудный спектр выходного сигнала, частота в мегагерцах.

Измерим по графикам 1, 2, 4 периоды 𝑇_вх Т_Г 𝑇_вых

Т_Г = 0,749мкс; Т_вх = 1,731мкс; Т_𝑖 = 1,497мкс; Т_вых = 1,493мкс

Определим частоты 𝐹_вх, 𝐹_Г , 𝐹_вых, 𝐹_𝑖

𝐹_вх = 0,577 МГц; 𝐹_Г = 1,355МГц; 𝐹_вых = 1,913МГц; 𝐹_𝑖 = 0,688МГц

Измерим на графиках спектра частоты наблюдаемых гармоник fn

Таблица 1 – Амплитудный спектр тока, протекающего через диод

I(L3), мА	0,735	0,148	0,134	0,632	1,009	0,650
F, МГц	0,601	1,197	1,399	1,999	2,602	3,000

Таблица 2 – Амплитудный спектр тока выходного сигнала

𝑈вых, В	0,272	1,515	0,409
F, МГц	3,164	3,197	3,232

По полученным графикам рассчитаем:

Коэффициент преобразования по напряжению Кпр.н:

Кпр.н=U2/U1=2.46/1.34=1.83В

Где U2 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх+ Fг=1,4+0,6=2 МГц; U1 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх=0,6МГц.

Коэффициент подавления побочных продуктов преобразования по напряжению Кпод.н.

Кпод.н=𝑈2^(𝑛)/𝑈2 Кпод.н=1,932

𝑈2^(𝑛) − амплитуда напряжения на частоте Fг+n Fвх; U2 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх+ Fг

2.2 Анализ работы и характеристик балансного диодного преобразователя частоты

Рисунок 3 – Принципиальная схема

Рисунок 4 – Временные характеристики

1 – Входной сигнал𝑈_вх(𝑡) {𝑈_𝑖𝑛(𝑡)} и сигнал 𝑈_Г(𝑡) в вольтах, время в микросекундах, 2 – ток через диод I(D1) и I(D2) в миллиамперах, время в микросекундах, 3 – амплитудный спектр тока I(D1), частота в мегагерцах, 4 – выходной сигнал 𝑈_вых(𝑡) {𝑈_𝑜𝑢𝑡(𝑡)} в вольтах, время в микросекундах, 5 – амплитудный спектр выходного сигнала, частота в мегагерцах.

Измерим по графикам 1, 2, 4 периоды 𝑇_вх Т_Г 𝑇_вых

Т_Г = 0,385мкс;Т_вх = 1,731мкс; Т_𝑖1 = 1,492мкс; Т_𝑖2 = 3,812мкс;

Т_вых = 0,328мкс

Определим частоты 𝐹_вх 𝐹_Г 𝐹_вых 𝐹_𝑖

𝐹_вх = 0,577 МГц; 𝐹_Г = 2,597МГц; 𝐹_вых = 3,048МГц; 𝐹_𝑖1 = 0,688МГц

𝐹_𝑖2 = 0,262мкс

По полученным графикам рассчитаем:

Коэффициент преобразования по напряжению Кпр.н:

Кпр.н=U2/U1=

Где U2 – напряжение выходного сигнала на частоте

Fвх+ Fг=2,6+0,6=3,2 МГц; U1 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх=0,6МГц.

Коэффициент подавления побочных продуктов преобразования по напряжению Кпод.н.

Кпод.н=𝑈2^(𝑘𝑛)/𝑈2

𝑈2^(𝑘𝑛) − амплитуда напряжения на частоте Fг+n Fвх; U2 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх+ Fг

2.3 Анализ работы и характеристик балансного кольцевого диодного преобразователя частоты

Рисунок 5 – Электрическая схема устройства

Рисунок 6 – Временные характеристики

1 – Входной сигнал𝑈_вх(𝑡) {𝑈_𝑖𝑛(𝑡)} и сигнал гетеродина 𝑈_𝑟(𝑡) в вольтах, время в микросекундах, 2 – ток через диоды I(D1) и I(D2) в миллиамперах, время в микросекундах, 3 – амплитудный спектр тока I(D1), частота в мегагерцах, 4 – выходной сигнал 𝑈_вых(𝑡) {𝑈_𝑜𝑢𝑡(𝑡)} в вольтах, время в микросекундах, 5 – амплитудный спектр выходного сигнала, частота в мегагерцах.

Измерим 𝑇_вх Т_Г 𝑇_вых Т_𝑖

Т_Г = 3,670мкс; Т_вх = 1,673мкс; Т_𝑖 = 1,947мкс; Т_вых = 0,928мкс

Определим частоты 𝐹_вх 𝐹_Г 𝐹_вых 𝐹_𝑖

𝐹_вх = 1,452МГц; 𝐹_Г = 1,452МГц; 𝐹_вых = 2,952МГц; 𝐹_𝑖 = 1,055МГц

По полученным графикам рассчитаем:

Коэффициент преобразования по напряжению Кпр.н:

Кпр.н=U2/U1=2.56/1.75=1.46

Где U2 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх+ Fг=1,45+1,452=2.92 МГц; U1 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх=0,6МГц.

Коэффициент подавления побочных продуктов преобразования по напряжению Кпод.н.

Кпод.н=𝑈2^(𝑘𝑛)/𝑈2

2.4 Анализ работы и характеристик

транзисторногопреобразователя частоты

Рисунок 7 – Электрическая схема устройства

Рисунок 8 – Временные характеристики

1 – Входной сигнал𝑈_вх(𝑡) {𝑈_𝑖𝑛(𝑡)} и сигнал гетеродина 𝑈_𝑟(𝑡) в вольтах, время в микросекундах, 2 – ток через диоды I(D1) и I(D2) в миллиамперах, время в микросекундах, 3 – амплитудный спектр тока I(D1), частота в мегагерцах, 4 – выходной сигнал 𝑈_вых(𝑡) {𝑈_𝑜𝑢𝑡(𝑡)} в вольтах, время в микросекундах, 5 – амплитудный спектр выходного сигнала, частота в мегагерцах.

Измерим 𝑇_вх Т_Г 𝑇_вых Т_𝑖

Т_Г = 0,5мкс; Т_вх = 3мкс; Т_𝑖 = 1,572мкс; Т_вых = 1,264мкс

Определим частоты 𝐹_вх 𝐹_Г 𝐹_вых 𝐹_𝑖

𝐹_вх = 0,378МГц; 𝐹_Г = 2МГц; 𝐹_вых = 3,6 МГц; 𝐹_𝑖 = 0,636МГц

По полученным графикам рассчитаем:

Коэффициент преобразования по напряжению Кпр.н:

Кпр.н=U2/U1=3.7/1.9=1,94

Где U2 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх+ Fг=2+1,6=3,6 МГц; U1 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх=0,6МГц.

Коэффициент подавления побочных продуктов преобразования по напряжению Кпод.н.

Кпод.н=𝑈2^(𝑘𝑛)/𝑈2

2.5 Анализ работы и характеристик умножителя частоты

Рисунок 9 – Электрическая схема устройства

Рисунок 10 – Временные характеристики

1 – Входной сигнал 𝑈_вх(𝑡) {𝑈_𝑖𝑛(𝑡)} в милливольтах, время в микросекундах, 2 – амплитудный спектр входного сигнала, частота в мегагерцах, 3 –тока эмиттера I(R3) через резистор R3 в миллиамперах, время в микросекундах, 4 – амплитудный спектр тока эмиттера, частота в мегагерцах, 5 – выходной сигнал 𝑈_вх(𝑡) {𝑈_𝑖𝑛(𝑡)} в вольтах, время в микросекундах, 6 – амплитудный спектр входного сигнала, частота в мегагерцах

Измерим 𝑇_вх 𝑇_вых Т_𝑖

Т_вх = 0,496мкс; Т_𝑖 = 0,512мкс; Т_вых = 0,251мкс

Определим частоты 𝐹_вх 𝐹_вых 𝐹_𝑖

𝐹_вх = 2,02МГц; 𝐹_вых = 4,22МГц; 𝐹_𝑖 = 3,98МГц ; 𝐹_Г = 1,020МГц По полученным графикам рассчитаем:

Коэффициент преобразования по напряжению Кпр.н:

Кпр.н=U2/U1=3.2/1.45=2,20

Где U2 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх+ Fг=2,02+2.2=4,22 МГц; U1 – напряжение выходного сигнала на частоте Fвх=0,6МГц.

Коэффициент подавления побочных продуктов преобразования по напряжению Кпод.н. Кпод.н=𝑈2^(𝑘𝑛)/𝑈2

Вывод: Изучили работу и исследовали характеристики диодных однотактных, балансовых ибалансовых кольцевых преобразователей частоты, а также транзисторных преобразователей и умножителей частоты.