6 Содержание отчёта

Отчёт по лабораторной работе должен содержать:

1) цель и решаемые в лабораторной работе задачи;

2) блок-схему установки с подключенными приборами;

3) результаты домашних расчётов;

4) изображения блок-схем Simulink-моделей истокового детектора и диодного детектора;

5) осциллограммы напряжений в различных точках схем детекторов, согласованные во времени с соблюдением масштаба по напряже

Рисунок 5 – Временные и спектральные диаграммы

при моделировании истокового детектора

нию и построенные с помощью пользовательской М-функции LabRabRCS3Obr(simout)(рисунок 6);

6) результаты экспериментов в виде таблиц и графиков с соответствующими подписями и комментариями;

7) выводы по результатам выполнения лабораторной работы.

7 Контрольные вопросы

7.1 Назовите условия, при которых наблюдается квадратичное и при которых наблюдается линейное детектирование.

7.2 В чем преимущества и недостатки линейного детектора по сравнению с квадратичным?

7.3 Привести принципиальную схему диодного детектора и указать назначение элементов.

7.4 Пояснить принцип действия истокового детектора и изобразить его схему. Указать достоинства и недостатки первого по отношению ко второму.

7.5 Какими соображениями следует руководствоваться при выборе элементов нагрузки диодного детектора?

7.6 Как будет изменяться угол отсечки при уменьшении сопротивления нагрузки?

7.7 Изобразить форму напряжения на выходе диодного детектора при отключенной емкости нагрузки.

7.8 Что такое статическая детекторная характеристика? Каким образом она измеряется?

7.9 Что такое динамическая детекторная характеристика? Каким образом она измеряется?

7.10 Указать причины, которые могут вызвать нелинейные искажения напряжения на выходе детектора.

7.11 В чём преимущества и недостатки синхронного амплитудного детектора по сравнению с диодным?

7.12 Изобразить структурную схему модели диодного детектора и пояснить на ней работу узлов реального диодного детектора. Лабораторная работа № 9 исследование lc-автогенератора

1 Цель работы

Экспериментальное исследование основных характеристик LC-автогенераторов в установившемся режиме.

В работе измеряются зависимости амплитуды генерируемых колебаний от коэффициента обратной связи для мягкого и жёсткого режимов самовозбуждения; исследуется влияние амплитуды внешнего воздействия на полосу захватывания автогенератора.

1. Генерация гармонических колебаний

НА ОСНОВЕ УСИЛИТЕЛЕЙ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Автогенератором называется первичный источник колебаний, работающих в режиме самовозбуждения. Любой автогенератор представляет собой нелинейное устройство, преобразующее энергию источника питания в энергию высокочастотных колебаний.

Автогенератор, находящийся в стационарном режиме, представляет собой обычный нелинейный усилитель, для возбуждения которого используются колебания, вырабатываемые в самом генераторе. Частота и амплитуда этих колебаний определяются параметрами радиоэлементов автогенератора.

Принципиальная схема LC- автогенератора, исследуемого в работе, приведена на рисунке1.

Рисунок 1 – Принципиальная схема LC-автогенератора

Он представляет собой транзисторный автогенератор с контуром в цепи стока и с трансформаторной обратной связью между цепью стока и цепью затвора, Трансформатор образован индуктивностями L и L_З, охваченными магнитной связью величиной M. Обобщённая эквивалентная схема для переменных составляющих токов показана на рисунке 2.

Рисунок 2 – Эквивалентная схема автогенератора

Пусть нагрузкой нелинейного усилителя служит высокодобротный контур. В этом случае колебания на входе и выходе нелинейного усилителя имеют вид гармонических функций:

Комплексный коэффициент передачи по напряжению нелинейного избирательного усилителя по первой гармонике представляется в виде:

(1)

Комплексный коэффициент передачи четырёхполюсника обратной связи определяется соотношением:

(2)

В автогенераторе в стационарном режиме генерации колебаний выполняется условие

(3)

из которого следуют два условия:

условие баланса амплитуд

(4)

условие баланса фаз

(5)

где n = 0,1,2,3…

Условие (5) позволяет найти частоту генерируемых колебаний, а условие (4) – их амплитуду, которую можно определить, например, графически по колебательной характеристике нелинейного резонансного усилителя.

Модуль коэффициента усиления нелинейного усилителя в стационарном режиме генерации определяется как отношение амплитуды гармонического напряжения на стоке к амплитуде гармонического напряжения на затворе:

(6)

где S₁ = I_1c/U_m – средняя крутизна транзистора по первой гармонике;

Z_кн – модуль сопротивления нагруженного контура;

p₁ – коэффициент включения транзистора в контур;

Q_н – эквивалентная (нагруженная) добротность контура;

r – характеристическое сопротивление контура;

x – обобщенная расстройка контура на частоте генерации.

Если на частоте генерации можно не учитывать инерционности в модели транзистора (ёмкости p-n–переходов принять нулевыми), т.е. считать его безинерционным нелинейным элементом, то баланс фаз выполняется на частоте резонанса контура и x = 0. В этом случае модуль сопротивления контура равен его резонансному сопротивлению

(7)

Пересечение зависимости средней крутизны от амплитуды входного напряжения нелинейного усилителя с прямой, параллельной оси абсцисс, определяемое равенством

, (8)

соответствует стационарной амплитуде гармонических колебаний на затворе в режиме генерации.

Зависимость средней крутизны по первой гармонике может быть получена на основании данных, полученных расчетным и экспериментальным путем в работе № 8 «Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты».

Воздействие внешней гармонической ЭДС на автогенератор приводит к принудительной синхронизации захватыванию) частоты автогенератора в некоторой полосе частот. Ширина полосы захватывания Dw пропорциональна отношению амплитуды внешней ЭДС U_с к амплитуде автоколебаний U_m, имеющей место в цепи, куда подводится синхронизирующая ЭДС

, (9)

де – эквивалентная добротность контура генератора;

w₀– частота колебаний генератора.

При изменении частоты синхронизирующего колебания изменяется фазовый сдвиг между синхронизирующим колебанием и колебанием автогенератора. Разность фаз определяется соотношением

Dj = arcsin[(U_m/U_c)·(2(w_с – w₀)Q / w₀) ] (10)

где w_с – частота синхронизирующего сигнала.

Полоса синхронизации определяется из соотношения (10) на основании условия

sinDj = 1.

Принципиальная схема LC-автогенератора при внешнем воздействии E_син в цепи смещения затвора изображена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Принципиальная схема автогенератора,

находящегося под внешним воздействием E_син

Для этой схемы напряжение U_m равно напряжению на затворе транзистора.