Описание лабораторной установки

Лабораторная установка одного рабочего места студентов включает в себя собственно лабораторный макет и комплекс типовых измерительных приборов. Общий вид лабораторной установки показан на рисунке 1. В нее входят:

1 – лабораторный универсальный стенд;

2, 3 – генераторы звуковых частот;

4– анализатор спектра;

5– милливольтметр;

6– осциллограф.

Рисунок 1 – Общий вид лабораторной установки

Собственно универсальный лабораторный стенд показан на рисунке 2. Конструктивно он выполнен в виде вертикальной стойки и состоит из следующих функциональных блоков (модулей):

• блок питания и измерений;

• блок источников сигналов;

• блок № 1 – нелинейный преобразователь на полевом транзисторе;

• блок № 2 – LC-генератор;

• блок № 3 – RC–генератор;

• блок № 4 – частотный модулятор и детектор ЧМ-колебаний;

• блок № 5 – параметрический усилитель и генератор;

• блок № 6 – нелинейные преобразователи на аналоговых перемножителях сигналов.

Стенд позволяет выполнять следующие лабораторные работы:

• преобразование формы сигнала, спектра сигнала безынерционным нелинейным элементом;

• усиление сигнала и умножение частоты;

• преобразование частоты;

• амплитудная модуляция;

• детектирование АМ- сигналов;

• частотная модуляция и детектирование ЧМ- сигналов;

• генератор LC;

• автоколебательная LC-цепь под внешним воздействием;

• генератор RC;

• двухконтурный параметрический усилитель;

• параметрический генератор;

• преобразование сигналов с использованием аналоговых перемножителей (исследуются семь вариантов цепей).

В стенде предусмотрена возможность измерения постоянных напряжений и токов внутренними (встроенными) приборами, имеются внутренние источники гармонических колебаний с частотой 1 кГц и 180 кГц. На передней панели каждого модуля изображена упрощенная схема устройства (без вспомогательных элементов), выведены органы управления (потенциометры, переключатели) и гнёзда внешних соединений (смотри рисунок 2). Краткое описание функциональных модулей приведено в соответствующих лабораторных работах. Ниже приводятся методические указания только для части лабораторных работ, выполняемых в курсах "Радиотехнические цепи и сигналы" и "Теория электрической связи".

Рисунок 2 – Универсальный лабораторный стенд

Работа № 1 Нелинейное резонансное усиление, умножение и преобразование частоты

1 Цель работы

Экспериментальное исследование физических процессов при нелинейном резонансном усилении, умножении и преобразовании частоты. Изучение выбора оптимального режима работы нелинейного элемента.

2 Литература

[1] – стр. 225...235, 252...254.

[2] – стр. 214...227, 240...242.

[3] – стр. 270...281.

[4] – стр. 70...79.

5 Конспект лекций.

3 Предварительная подготовка к работе

1. Ознакомиться с лабораторным заданием и изучить по литературе, указанной выше, следующие вопросы:

• методы аппроксимации нелинейных характеристик;

• преобразование формы и спектра сигнала нелинейным элементом при гармоническом и бигармоническом воздействиях;

• методы спектрального анализа нелинейных цепей;

• сущность кусочно-линейной аппроксимации и спектрального анализа методом угла отсечки;

• принцип нелинейного резонансного усиления, умножения и преобразования частоты;

• выбор режима работы нелинейного элемента при резонансном усилении и умножении частоты, понятие оптимального угла отсечки;

• задача и проблемы фильтрации полезных спектральных составляющих при нелинейных преобразованиях радиотехнических сигналов, оценка нелинейных искажений в выходном сигнале.

2. Ответить (устно) на вопросы раздела 4 данной работы.

3. Рассчитать требуемые значения напряжения смещения Е_см на затворе полевого транзистора усилительного каскада, обеспечивающие оптимальный угол отсечки в режимах:

• нелинейного усиления при U_mвх = 2 В;

• удвоения частоты при U_mвх = 4 В;

• утроения частоты при U_mвх = 4 В.

ВАХ полевого транзистора аппроксимирована отрезками прямых с параметрами:

Рассчитать методом угла отсечки и построить спектральные диаграммы тока для рассматриваемых режимов.

4. Изучить описание лабораторной установки и лабораторное задание. Продумать порядок выполнения работы в лаборатории, подготовить необходимые таблицы и графики для каждого пункта работы.