3 Характеристика лабораторной установки

Лабораторная работа №3 выполняется с помощью пакета Simulink с использованием блоков из библиотеки Student. При исследовании модели истокового детектора используется три безынерционные модель полевого транзистора, уже применявшиеся в лабораторной работе № 2.

При исследовании модели последовательного диодного детектора используется также безынерционная кусочно-линейная модель диода, в качестве нагрузки которого используется RC-цепь. Генератор модулированных колебаний подключается к входу АМ-детекторов, для измерения параметров на выходе которых используется осциллограф. Кроме того, результаты моделирования передаются в рабочее пространство системы MATLAB, на основании которых М-функция LabRabRCS3Obr(simout) строит графики временных зависимостей и спектральные диаграммы процессов на выходе детекторов.

4 Домашняя подготовка к лабораторной работе

4.1 Ознакомиться с теоретическими вопросами построения детекторов AM сигналов по литературе [1], [2], [3] и разделу 2 настоящих указаний.

4.2 Используя результаты аппроксимации сток-затворной характеристики полевого транзистора, полученные при подготовке к лабораторной работе № 2, рассчитать характеристику детектирования при полиномиальной аппроксимации для напряжений смещения U_c1, соответствующего значению тока стока I_c = 1 мА и U_c2, соответствующего току I_c = 0,1мА.

4.3 Для диодного детектора рассчитать угол отсечки θ при крутизне характеристики диода S = 10 мА/В и сопротивлениях нагрузки R_н = 100 кОм и R_н = 30 кОм, определить коэффициент передачи детектора.

4.4 Определить допустимые значения емкости нагрузки при f₀=200 кГц, частоте модуляции F = 1 кГц и сопротивлении нагрузки R_н=30 кОм.

4.5 Ответить на контрольные вопросы п. 7 настоящих указаний.

5 Порядок выполнения лабораторной работы

5.1 Собрать блок-схему модели истокового детектора (рисунок 3), используя блоки пользовательской библиотеки Student. Установить необходимые параметры АМ-модулятора, безынерционного блока модели транзистора, параметры RC-цепи нагрузки и фильтра нижних частот.

Рисунок 3 – Структурная схема модели истокового детектора

• блок AM-Modulator – Ao = 1;

f0 = 2*pi*200e3;

M = 0.5;

F = 2*pi*1e3;

• блок Analog Filter Design – Design Method = Butterworth;

Filter type = Lowpass;

Filter order = 8;

Passband edge frequency = 2*pi*15e3;

Параметры блоков модели полевого транзистора устанавливаются по результатам расчёта домашнего задания. Блок BNE1 по умолчанию имеет значения параметров:

Io = 1e-9;

mfi = 0.026;

R = 0.5.

Параметры моделирования установить следующими:

– конечное время Stop time = 1e-2;

– шаг интегрирования Fixed step size = 8e-3/2^14 (фиксированная величина шага решателя).

5.2 Снять статическую детекторную характеристику – зависимость приращения постоянного напряжения на истоке транзистора от амплитуды высокочастотного напряжения на входе детектора (на затворе транзистора) при использованных в домашней подготовке напряжениях смещения.

Для этого выбрать кусочно-линейную модель ВАХ транзистора, установив переключатели Sw1 и Sw2 в соответствующие положения. В блоке AM-modulator менять амплитуду высокочастотного напряжения Ао в пределах от 0 до 5 В с детальными измерениями на участке изменения амплитуды от 0 В до 1 В. Величину постоянного напряжения, снимаемого с выхода аналогового НЧ-фильтра, измерять с помощью осциллографа Signal, причём область измерения выбирать на установившемся участке осциллограммы. Здесь и далее фиксировать осциллограммы напряжений на элементах детектора с помощью блока GraphicsShow или пользовательской М-функции LabRabRCS3Obr.

5.3 Снять при тех же значениях параметров динамическую детекторную характеристику истокового детектора – зависимость амплитуды U_н НЧ-сигнала на выходе детектора от коэффициента модуляции М. Для этого амплитуду несущей U_М установить равной 5 В, частоту модуляции 1 кГц. По формуле

(20)

определить зависимость коэффициента передачи истокового детектора. Построить график зависимости K_ИД(М) и показать его преподавателю.

5.4 Повторить измерения пунктов 5.2 и 5.3, подключив к выходу кусочно-линейной модели транзистора вместо аналогового фильтра другую избирательную цепь – RC-цепь (переключатель Sw3). Сопротивление нагрузки R выбрать равным 30 кОм, ёмкость конденсатора 20 нФ. Амплитуду напряжения на входе детектора менять в тех же пределах. Проделать эти же измерения при сопротивлениях нагрузки 15 кОм и 60 кОм.

5.5 Собрать блок-схему модели диодного детектора (рисунок 4), заменив в блок-схеме на рисунке 4 блоки модели транзистора и RC-цепи блоками из пользовательской библиотеки Student. Установить параметры модели реального диода и параметры RC-цепи детектора.

Рисунок 4 – Блок-схема моделирования диодного детектора

5.6 Снять статическую детекторную характеристику диодного детектора – зависимость постоянного напряжения на выходе RC-цепи от амплитуды высокочастотного напряжения Ао в пределах от 0 до 5 В с детальными измерениями на участке изменения амплитуды от 0 В до 1 В. Зафиксировать с помощью блоков GraphicsShow осциллограммы напряжений на элементах диодного детектора при различных значениях ёмкости нагрузки – малой (5 нФ), оптимальной (20 нФ) и избыточной (80 нФ).

5.7 Снять динамическую детекторную характеристику диодного детектора – зависимость амплитуды U_н НЧ-сигнала на выходе детектора от коэффициента модуляции М при оптимальном значении ёмкости RC-цепи. Для этого амплитуду несущей U_М установить равной 5 В, частоту модуляции 1 кГц. По формуле (20) определить зависимость коэффициента передачи диодного детектора K_ДД(М).

Построить график зависимости K_ДД(М) и показать его преподавателю.