3 Характеристика лабораторной установки

Лабораторная работа № 2 выполняется с использованием виртуальной модели (рисунок 4) лабораторного стенда, имеющего название «Нелинейные цепи».

Рисунок 4 – Блок-схема для исследования виртуального АМ-модулятора

В составе блок-схемы три модели безынерционного нелинейного элемента BNE (входная характеристика полевого транзистора КП-307 изображена на рисунке 5): BNE1 – экспоненциальная Exponential, BNE2 – кусочно-линейная KLApprox и BNE3 – степенная третьего порядка Polinom3.

Рисунок 5 – Входная характеристика полевого транзистора КП-307

Колебательный контур представляется полосовым фильтром, настроенным на частоту несущей (блок Carrier). На вход модели транзистора могут подаваться три вида напряжений: последовательность прямоугольных импульсов с блока PulseSignal, гармоническое напряжение с блока SourceSignal и постоянное напряжение с блока Uc. Первые два блока моделируют низкочастотные модулирующие сигналы, а третий блок – отрицательное напряжение смещения на затворе транзистора.

Напряжение на контуре наблюдается на осциллографе AMSignal, на нём же проводятся измерения высокочастотного напряжения. Необходимые подключения генераторов, напряжения смещения, напряжения питания на сток транзистора осуществляются специальными перемычками.

4 Домашняя подготовка к лабораторной работе

4.1 Изучить теоретический материал, посвященный способам построения амплитудной модуляции, по конспектам лекций, литературе [1], [2], [3] и настоящим указаниям.

4.2 Аппроксимировать вольтамперную характеристику двумя способами: полиномом третьего порядка на участке от точки запирания до нулевого напряжения между затвором и стоком и способом кусочно-линейной аппроксимации.

4.3 Рассчитать и построить статические модуляционные характеристики для каждого вида аппроксимации. При полиномиальной аппроксимации амплитуду напряжения на затворе транзистора полагать равной 0,2 |Е₀|, где E₀ – напряжение запирания транзистора. При использовании кусочно-линейной аппроксимации амплитуду сигнала полагать равной 0,5 |Е₀|.

4. Выбрать рабочие точки на статических характеристиках и определить значения амплитуд модулирующего напряжения U_м, обеспечивающие работу на линейном участке характеристики.

4.5 По статической модуляционной характеристике и при найденных значениях амплитуд модулирующего сигнала U_м определить коэффициенты модуляции сигнала.

4.6 Ответить на контрольные вопросы п. 7 настоящих указаний.

5 Порядок выполнения лабораторной работы

5.1 Собрать блок-схему модулятора, используя стандартные блоки генерации и обработки процессов и пользовательские блоки моделей транзистора. Подключить блоки индикации: осциллографы и блок передачи данных в рабочее пространство системы MATLAB.

С помощью переключателя Sw1 подключить генераторы управляющих сигналов ко входу модели транзистора. Выходы блоков BNE с помощью переключателей Sw2 и Sw3 подключить ко входу блока Analog Filter Design – модели избирательной цепи модулятора.

2. Установить следующие параметры блоков:

• блок PulseSignal – Amplitude = 1;

Period = 1e-3;

Pulse Width = 50 %;

• блок SourceSignal – Amplitude = 1;

Bias = 0;

Frequency = 2*pi*10e3;

Phase = pi/2;

• блок Carrier – Amplitude = 2;

Bias = 0;

Frequency = 2*pi*200e3;

Phase = pi/2;

• блок Analog Filter Design – Design Method = Butterworth;

Filter type = Bandpass;

Filter order = 8;

Lower passband edge frequency = 2*pi*180e3;

Upper passband edge frequency = 2*pi*220e3.

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 = 2e-3;

– шаг интегрирования Max step time = 1e-6/10.24 (точку в числе 10.24 установить обязательно).

5.3 После запуска модели наблюдать на экране осциллографа AMSignal колебания несущей (высокой) частоты.

Снять статические характеристики модулятора в двух режимах, соответствующих домашнему расчёту. Отключить управляющие сигналы от входов моделей транзистора, установив в блоке Kam усиление , равное нулю. Напряжение смещения задавать с помощью блока Uc в диапазоне от -2 В до +1 В. Амплитуду колебания несущей контролировать на экране осциллографа AMSignal, измеряя её с помощью маркеров сетки.

5.4 Построить статические характеристики на миллиметровой бумаге, выбрать положения рабочих точек и определить значения амплитуд модулирующего (звукового) напряжения, обеспечивающих работу на линейном участке модуляционной характеристики.

5.5 Снять динамические модуляционные характеристики, подав на вход модулятора соответствующие значения амплитуд модулирующего сигнала при частоте модуляции, равной 1 кГц. С этой целью:

5.5.1 Установить напряжение смещения на блоке Uc посреди линейного участка экспериментально полученной статической модуляционной характеристики и установить амплитуду высокочастотного сигнала на входе, соответствующую режиму сильного сигнала (кусочно – линейная аппроксимация). Установив напряжение на выходе звукового генератора с помощью блока Kam, равное 0,1 – 0,2 В, наблюдать на экране осциллографа амплитудно-модулированный сигнал.

5.7.2 Меняя параметр (усиление) в блоке Kam и, тем самым, амплитуду низкочастотного генератора, с помощью осциллографа AMSignal снять динамическую модуляционную характеристику для сильного сигнала на входе.

5.7.3 Уменьшить амплитуду входного сигнала несущей до 0,2∆U, снять вторую динамическую модуляционную характеристику.