Лабораторные практикумы / 2 Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемных устройств

перболического тангенса (8.33), сохраняется лишь при достаточно малых уровнях входного сигнала (Ux и Uу). Для достижения погрешности перемножения менее 1% амплитуды входных сигналов должны быть сравнимы с напряжением смещения нуля дифференциального усилителя.

8Литература

1.Радиоприемные устройства: Учебник для вузов/ Н.Н.Фомин, Н.Н.Буга, О.В.Головин и др.; Под ред. Н.Н. Фомина. – М.: Горячая линия -Телеком, 2007. – 520 с.

2.Амелин М.А., Амелина С.А. Программа схемотехнического моделирования MicroCap8. М.: Горячая линия -Телеком, 2007. – 464 с.

3.Тимонтеев В.Н., Величко П.М., Ткаченко В.А. Аналоговые перемножители сигна-

лов в радиоэлектронной аппаратуре. М.: Радио и связь, 1982. — 112 с.

4.Фриск В. В., Логвинов В. В. Основы теории цепей, основы схемотехники, радиоприемные устройства. Лабораторный практикум на персональном компьютере. – М.: СО-

ЛОН-ПРЕСС, 2008. – 608 с.

5.Павлов В.Г., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. М.: Ра-

дио и связь, 1997. – 367 с.

6.Интегральные микросхемы: Справочник/ Б.В. Тарабрин, Л.Ф. Лунин и др.; Под ред Б.В. Тарабрина. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 528 с.

7. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpiсe для схемотехнического моделирования на ПЭВМ, в 4-х вып. М.: Радио и связь, 1992.

8.Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/ К.М.Брежнева, Е.И.Гантман, Т.И. Давыдова и др.: Под ред. Е.Л. Перельмана. – М.: РиС,1992. – 652 с.

9. Микроэлектронные аналоговые и аналого-дискретные устройства приема и обработки сигналов: уч. пособие для вузов/ Е.А.Богатырев; под ред. С.М.Смольского. – Издательский дом МЭИ, 2007.-264 с.

Приложение

U вх =10 мВ, U оп = 10 мВ,

I 0 =116 мкА, φТ = 26 мВ.

511

Лабораторная работа № 10

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ УСИЛЕНИЯ РАДИОТРАКТА

1 Цель работы

Изучить различные способы построения систем регулирования усиления, применяемые при реализации узлов радиоприемника по дискретной и интегральной технологии; исследовать эффективность автоматического регулирования усиления изменением режима работы для различных положений исходной рабочей точки биполярного транзистора, а также – путем изменения глубины отрицательной обратной связи в усилительном каскаде и управляемого шунтирования нагрузки.

2Задание

2.1Задание для самостоятельной подготовки

2.1.1Изучить основные положения курса «Радиоприемные устройства» [1] стр.233-243, 380 – 383 о способах реализации систем автоматического регулирования усиления и основных соотношения, определяющих их свойства (раздел 8 лабораторного описания).

2.2.2Рассчитать постоянную времени τф фильтра низкой частоты режимной АРУ, считая допустимым уменьшение до m2 = 0,7 глубины модуляции выходного сигнала, при действии на входе радиотракта АМ – сигнала с частотой огибающей F = 1000 Гц и глубиной модуляции m1 = 0,9.

2.2Экспериментальная часть

А) Исследование схемы режимной АРУ

2.2.1Сборка вспомогательной схемы для выбора режима работы транзистора регулируемого каскада.

2.2.2Расчет статической проходной характеристики и нагрузочной прямой для выбранного режима работы транзистора.

2.2.3Сборка принципиальной схемы двухкаскадного усилителя, охваченного АРУ и обеспечение выбранных режимов транзисторов по постоянному току.

2.2.4Настройка в резонанс контуров усилителей.

2.2.5Амплитудная характеристика регулируемого усилителя.

2.2.6Исследование свойств усилителя с обратной АРУ во временной области при воздействии АМ – сигнала.

2.2.7Анализ эффективности системы обратной АРУ для оптимального режима усиле-

ния.

512

Б) Исследование схемы автоматического регулирования усиления изменением глубины отрицательной обратной связи

2.2.1Сборка принципиальной схемы усилителя с регулированием коэффициента усиления изменением глубины ООС.

2.2.2Настройка контура детектора системы АРУ на промежуточную частоту.

2.2.3Расчет амплитудной характеристики регулируемого усилителя.

2.2.4Расчет регулировочной характеристики и коэффициента гармоник.

2.2.5Расчет коэффициента гармоник на выходе детектора УНЧ.

С) Исследование схемы автоматического регулирования усиления изменением глубины ООС и шунтированием нагрузки каскада

2.2.1Сборка принципиальной схемы усилителя с регулированием коэффициента усиления изменением глубины ООС и шунтированием нагрузки каскада.

2.2.2Настройка контура детектора системы АРУ на промежуточную частоту.

2.2.3Исследование свойств системы АРУ во временной области.

2.2.4Исследование влияния на эффективность АРУ компонентов схемы.

2.2.5Влияние системы АРУ на параметры усиливаемого АМ сигнала.

Примечание: исследование схем, реализующих различные принципы управления усилением каскада (усилителя), может быть проведено независимо, как отдельная лабораторная работа.

3 Описание принципиальной схемы усилителя

А) Регулирование усиления радиотракта приемника изменением режима работы активного элемента регулируемого каскада

Принципиальная схема части радиотракта (например, тракта промежуточной частоты), реализованная с использованием резонансных усилителей приведена на рис.10.1.

Рис.10.1

Двухкаскадный резонансный усилитель выполнен на биполярных транзисторах (БТ), КТ316Д включенных по схеме с общим эмиттером (ОЭ), и трансформаторной связью между каскадами, а так же источником сигнала (V1) и нагрузкой (детектором). Все компоненты принципиальной схемы выполнены с использованием их условно-графического

513

обозначения, принятого в системе схемотехнического моделирования MicroCap9. Внешний вид используемых компонентов приведен к обозначениям, принятым в Европе и Российской Федерации. Компоненты К1, К2 и т.д. указывают на существование взаимной индукции между соответствующими катушками индуктивности (L1, L2 и др.). Напряжение смещения в базовой цепи транзистора первого каскада Q1 обеспечивается с помощью делителя напряжения (R2,R3 – схема питания фиксированным напряжением на базе). Эмиттер транзистора Q1 подключен к общей шине («земле») для облегчения режима регулирования (изменения напряжения смещения между базой и эмиттером). Колебательный контур в коллекторной цепи, кроме реактивных компонентов (C2,L3), содержит резистор R4, отражающий наличие потерь в контуре. В реальной схеме они обусловлены в основном индуктивностью и определяют конструктивную добротность колебательного контура, а R4 – сопротивление не нагруженного колебательного контура на резонансной частоте. Диодный амплитудный детектор, реализованный на диоде Д9В, выполняет одновременно функцию детектора сигнала и детектора АРУ. Напряжение сигнала, снимаемое с диода, подается через потенциометр (Х1) на вход усилителя низкой частоты (моделирует резистор R12). Через фильтр С5, R8 медленно-изменяющееся напряжение подается на вход первого каскада усилителя. Второй каскад на транзисторе Q2, реализованный по идентичной схеме, содержит в цепи эмиттера цепочку температурной стабилизации (С7, R9). Резистор R9 создает отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току, обеспечивая постоянство положения исходной рабочей точки транзистора при медленном изменении внешних параметров (температуры, напряжения источника питания, старение транзистора и др.). Конденсатор С7 исключает возникновение ООС по переменному току в области рабочих частот, обеспечивая, тем самым, высокий коэффициент усиления [1,3]. Конденсаторы С4, С5, шунтирующие резисторы R7 и R3, соответственно, снижают потери входного сигнала, подключая вторичную обмотку трансформаторов (L4, L2), непосредственно между базой и эмиттером транзисторов Q2 и Q1. Цепочка R5,C3 является межкаскадным развязывающим фильтром, одновременно обеспечивая режим по постоянному току транзистора Q1.

4 Методические указания по выполнению работы

4.1 Машинное моделирование

Загрузка принципиальной схемы усилителя

Перед выполнении п.2.2.1. следует загрузить систему схемотехнического проектирования МС9 и вызвать в главное окно (рис.10.2) принципиальную схему усилителя (рис.10.1), находящегося в файле VАРУреЖ.CIR.

514

и в некоторых случаях применена другая форма представления моделей компонентов. Например, библиотека диодов, транзисторов, ОУ в отличие от МС8 теперь сформирована

в текстовом файле (v10.2.5) в папке (v10.2.6).

После загрузки файла C:\MC9DEMO\data\VАРУреЖ.CIR, в центральном окне редактора должна появиться (рис.10.4) принципиальная схема двухкаскадного усилителя (если она была ранее записана в эту папку).

Рис.10.4

Следует убедиться в соответствии параметров компонентов вызванной схемы и, приведенных в описании.

Если полученные методические материалы не содержат дискету с файлом принципиальной схемы усилителя, то ее следует ввести самостоятельно, выбрав режим FILE в меню главного окна (рис.10.2), которое представлено командами: File, Edit, Components, Windows, Options, Analysis , Help.

программа автоматически присваивает окну схем некоторый текущий номер (например, circuit2.CIR).

(каталог содержит более 100 аналоговых и цифровых компонентов). Каталог команды Components можно редактировать, создавая новые разделы иерархии и вводить в них новые компоненты (например, транзисторы отечественного производства).

516

Меню Analysis предлагает виды анализа введенной принципиальной схемы.

Меню Help позволяет обратиться к встроенному файлу помощи и оценить, на предлагаемых примерах, возможности программы.

В окне схем (рис.10.4) содержится, кроме принципиальной схемы усилителя со схемой обратной АРУ, вспомогательная схема, позволяющая выбирать положение исходной РТ каждого транзистора в соответствии с выбранными условиями.

При отсутствии в методическом материале диска с файлами лабораторных работ необходимо исследуемые схемы ввести самостоятельно.

4.1.1 Сборка вспомогательной схемы для выбора режима работы транзистора регулируемого каскада

Ввод транзисторов

Для этого, находясь в окне схем, ввести условно-графическое обозначение (УГО)

транзистора, нажав левой кнопкой мыши на пиктограмму транзистора (v10.2.7) в строке основных компонентов. Удерживая нажатой кнопку мыши, поместите УГО транзистора в середине экрана монитора. Перемещение компонента производится при нажатой левой кнопке, а при необходимости изменить положение компонента, щелкают правой кнопкой при нажатой левой кнопке. При отпускании левой кнопки местоположение компонента фиксируется и в левом окне ниспадающего меню NPN:NPN Transistor

(рис.10.5) и рамке (v10.2.8) появляется название компонента и предложение присвоить ему позиционное обозначение (например, Q4) с возможностью указывать его на принципиальной схеме. Перечень внешних параметров модели транзи-

стора перечислены в левом окне подменю (v10.2.9)

PART – позиционное обозначение компонента (Q4),

VALUE — характеристика, определяющая его активный режим (может пропускаться), MODEL – используемый транзистор – KТ316Д (модель транзистора выбирается с помощью линейки прокрутки в левом окне, если она содержится в библиотеке

(v10.2.10)).

Можно так же вводить другие атрибуты модели транзистора:

FREQ – информацию о законе изменения сопротивления при изменении частоты (FREQ, используется при анализе только в частотной области).

517

MODEL — ввести дополнительное нестандартное обозначение компонента

(например, RMODEL),

COST – коэффициент, отражающий стоимость резистора из общей стоимости узла (схемы, устройства).

POWER — указать, какая часть мощности (например, 0,7) рассеивается на компонен-

те,

от общей мощности, потребляемой узлом, в соответствие с документом на разработку устройства (техническим заданием),

SHAPEGROUP – указывать массив условно графических обозначений (УГО), к которому принадлежит компонент (обычно принимается по умолчанию) и PACKADE — тип корпуса, из ранее введенного списка корпусов (типо-размеров). Последние из указанных параметров обычно используются в программе PCAD при разработке топологии печатной платы и оценке стоимости устройства (если это предполагается в задании). Подтверждением окончания ввода любого компонента является нажатие кнопки OK. Если какие-либо сведения введены неверно, то нажатие кнопки Cancel

,отменяет всю введенную информацию о компоненте.

Войти в подменю (v10.2.9) можно так же, находясь в окне схем и последовательно выполнив (рис.10.6) команды: Component→ Analog Primitives→ Analog Devices → NPN.

Если параметры транзистора были ранее введены в библиотеку, то программа обращается к файлу

(v10.2.11) и они высвечиваются в окнах параметров транзистора.

При отсутствии в списке, предлагаемом в активированном окне справа, транзистора KТ316Д, параметры модели [4] необходимо ввести в подсвеченных окнах

(v10.2.11), вместо параметров, представленных в окнах, предварительно нажав кнопку New (рис.10.5) и введя название модели:

.MODEL KT316D NPN (BF=136.5 BR=0.6577 CJC=4.089p CJE=1.16p IKF=97.23m IKR=120m EG=1.11 FC=0.5 IS=2.753f ISC=15.5p ISE=12.8p ITF=151m NE=2.496 RB=70.6 RBM=70.6 RC=8.35 TF=78.97p NC=2 MJC=0.33 MJE=0.33 TR=27.84n VAF=96 VAR=55 VJC=650m VJE=690m VTF=25 XTB=1.5 XTI=3 XTF=2).

Эту же процедуру ввода параметров модели транзистора можно осуществить выбрав за-

кладку (v10.2.12) в окне схем (рис.10.2).

Другие активированные кнопки подменю NPN:NPN Transistor позволяют:

(v10.2.13) — изменять размеры, цвет и шрифт комментариев, при описании атрибутов компонента (обычно применяется по умолчанию),

(v10.2.14) — добавлять к перечню характеристик компонента (PART, RESISTANCE и др.) дополнительные характеристики по желанию пользователя,

(v10.2.15) — удалять любую из приведенных характеристик (активируется при размещении курсора не какую-либо строку характеристик в окне компонента),

(v10.2.16) — отображать в диалоговом режиме способ получения заданного значения ,например, величины сопротивления резистора (принимается по умолчанию).

(v10.2.17) — выводить на экран монитора УГО компонента,

(v10.2.18) — переход в файл помощи (комментарии к описанию компонентов и их характеристик в подменю (v10.2.9)).

(v10.2.19) — переход в главное меню файла помощи,

518

(v10.2.20) — отображать в открывающемся диалоговом окне возможность получения выбранной величины, например, величины сопротивления резистора, как эталонного.

Строка

(v10.2.21) реа-

лизует возможность вывода на экран дисплея значений токов (v10.2.22), мощностей (v10.2.23) и условий (температуры) (v10.2.24), при которых они получены. При этом можно корректировать цвета надписей (v10.2.25), выводимых на экран. Выбор других режимов, нажатием левой кнопкой мыши в соответствующем окне, позволит помечать точками концы компонента (v10.2.26), присваивать им названия (v10.2.27) или номера (v10.2.28).

Активизация (по умолчанию) режима

(v10.2.29) — реализует возможность включения в процесс моделирования выбранного компонента,

(v10.2.30) — обеспечивает подсветку компонента.

Ввод источник тока

Для построения проходной характеристики в базовую цепь транзистора вспомогательной схемы (рис.10.4) включаем источник тока I1, последовательно выбирая в окне схем команды (рис.10.7). Параметры источника тока указываются на закладке None (рис.10.8).

Задаваемыми величинами являются:

-(v10.2.31) величина постоянной составляющей, используемой при анализе схемы по постоянному току,

(v10.2.32)- модуль амплитуды гармонического сигнала, применяемого при анализе в частотной области,

(v10.2.33)- фаза гармонического сигнала (в градусах), применяемого при анализе в частотной области.

Ввод источника ЭДС

Аналогичным образом задаются (рис.10.10) параметры источника ЭДС, включаемого в коллекторную цепь транзистора Q1 (рис.10.4)

519