Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты
Основная характеристика принципиальной схемы нелинейного резонансного усилителя. Нахождение амплитуды гармонических составляющих тока как функции угла отсечки. Исследование коэффициента усиления устройства. Особенность описания лабораторной установки.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | лабораторная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 05.02.2017 |
Размер файла | 122,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ТОР
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ И УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ
Рязань 2009
Порядок выполнения и оформления лабораторных работ
Лабораторные работы по курсу "РТЦиС" выполняются на универсальной лабораторной установке фронтальным методом после изучения соответствующих разделов лекционного курса. Работы, каждая продолжительностью 4 академических часа, выполняются бригадным методом. Каждой бригаде выдается общее задание на предварительный расчет и эксперимент.
Лабораторная работа включает предварительную (домашнюю) подготовку и экспериментальную работу в лаборатории. Домашняя подготовка предусматривает изучение теоретического материала по теме работы, выполнение предварительных расчетов и графических построений. Занятие в лаборатории состоит из следующих этапов:
-проверка преподавателем подготовленности студента к выполнению лабораторной работы;
-выполнение эксперимента;
-обработка результатов эксперимента (построение графиков, вычисление заданных параметров, сравнение результатов расчета и эксперимента);
-проверка результатов эксперимента преподавателем;
-защита предыдущей лабораторной работы.
Каждый студент оформляет персональный отчет по проделанной лабораторной работе. Отчеты по всем лабораторным работам помещаются в отдельной общей тетради, которая после окончания цикла лабораторных работ сдается на кафедру.
Отчеты о лабораторных работах должны быть оформлены в соответствии с требованиями ЕСКД, графическая часть отчета выполняется на миллиметровой бумаге карандашом.
Защита лабораторной работы проводится каждым студентом персонально по материалам, приведенным в отчете. При подготовке к защите рекомендуется пользоваться контрольными вопросами. Студент, отчитавшийся по всем лабораторным работам, автоматически получает зачет по лабораторному практикуму.
Цель работы
Исследование нелинейного резонансного усиления и умножения частоты.
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ,
РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.
Принципиальная схема нелинейного резонансного усилителя приведена на рис.1. Режим работы нелинейного элемента в схеме усилителя показана на рис.2. На входе усилителя действует напряжение
uб(t)=Uб0+ Uбm cosщнt ,
где
Ток , протекающий в коллекторной цепи транзистора ,
,
напряжение на контуре
,
где RЭР -эквивалентное сопротивление параллельного контура при резонансе с учетом коэффициента включения p , т.е.
Кусочно-линейная характеристика транзистора
позволяет найти амплитуды гармонических составляющих тока как функции угла отсечки :
,
где - коэффициенты разложения косинусоидального импульса в ряд Фурье (функция Берга), которые приведены втабл.1
Таблица 1
0 |
20 |
40 |
60 |
80 |
90 |
100 |
120 |
140 |
160 |
180 |
||
0,00 |
0,00 |
0,03 |
0,11 |
0,24 |
0,32 |
0,41 |
0,61 |
0,8 |
0,94 |
1,0 |
||
0,00 |
0,01 |
0,07 |
0,2 |
0,39 |
0,5 |
0,61 |
0,81 |
0,93 |
0,99 |
1,0 |
||
0,00 |
0,01 |
0,07 |
0,14 |
0,2 |
0,21 |
0,2 |
0,14 |
0,06 |
0,01 |
0,00 |
||
0,00 |
0,01 |
0,04 |
0,07 |
0,04 |
0,00 |
-0,04 |
-0,07 |
-0,04 |
-0,01 |
0,00 |
Угол отсечки находится из соотношения
.
Коэффициенты разложения достигают наибольших значений при углах отсечки
.
При анализе нелинейных цепей с избирательной нагрузкой квазилинейным методом вводятся характеристики и параметры нелинейного элемента для интересующей гармоники. Так, параметром транзистора по n-й гармонике в схеме рис.1 является средняя крутизна
.
Коэффициент усиления нелинейного резонансного усилителя по n-й гармонике определяется выражением
.
Зависимость первой гармоники коллекторного тока IК1 или напряжения на контуре Uкm от амплитуды напряжения на входе Uбm называется колебательной характеристикой
()
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка позволяет выполнять кроме данной ещё и другие работы, связанные с получением и детектированием АМ колебаний.
В сменном блоке расположены нелинейный усилитель, нагрузку и режимы которого можно изменять, и исследуемый в другой лабораторной работе последовательный диодный детектор. Все органы управления лабораторной установкой выведены на переднюю панель (рис.3). Выбор исследуемой схемы осуществляется тумблером Т2.
При исследовании нелинейного усиления внешнее высокочастотное гармоническое напряжение от генератора Г3-33 подводится к гнездам Г1. Постоянное напряжение смещения на базе транзистора КТ315 нелинейного усилителя можно изменять потенциометром “Uб0”. Постоянное напряжение измеряется вольтметром базового устройства с верхним приделом шкалы 2В. В цени эмиттера транзистора включено сопротивление RЭ=620Ом. Характеристика транзистора iК(uб), снятая в этом режиме, приведена на рис.4. резонансный усилитель ток отсечка
С помощью тумблера Т1 переключается нагрузка в коллекторной цепи транзистора: в положении “1” включается параллельный колебательный контур , в положении ”2” -активное сопротивление R=1кОм.
Рис.3
Переключатель СК позволяет установить значение емкости контура, принятое при выполнении домашнего задания , в соответствии с номером бригады.
Гнёзда Г4 и Г5 лабораторной установки используются для подключения вольтметра и электронного осциллографа, позволяющих измерять и наблюдать напряжения в различных точках схем. Необходимые для этого коммутации осуществляются с помощью переключателей “Вольтметр” и “Осциллограф'
Таблица 2
Бригада |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
Положение Перекл. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
1 |
|
СК ,нФ |
1,05 |
1,10 |
1,15 |
1,20 |
1,25 |
1,30 |
1,36 |
1,43 |
1,47 |
1,51 |
1,56 |
1,05 |
|
Для всех бригад LК=0,59мГн; Q=30; P=L2/L1=0,3 |
Домашнее задание
1. Нарисовать принципиальную схему транзисторного нелинейного резонансного усилителя с подключенными приборами.
2. Перерисовать вольт-амперную характеристику iк(Uб) (рис.4) транзистора КТ315. Выполнить кусочно-линейную аппроксимацию этой характеристики, определить напряжение отсечки UН .
3. Для заданных параметров контура( см. табл.2) рассчитать резонансную частоту и эквивалентное сопротивление контура с учетом частичного включения.
4. Пользуясь аппроксимированной характеристикой нелинейного элемента , рассчитать значения Uб0 нелинейного усилителя , соответствующие заданным значениям угла отсечки : =60, 90, 120, 180° при амплитуде Uбm=0,3+0,02К , где К - номер бригады. Найти эффективное значение Uбэф.
5. Рассчитать и построить колебательные характеристики Uкm(Uбm) для трёх значений напряжения смещения на базе : а) Uб0=0,4В; б) Uб0=0,6В; в) Uб0=0,8В, используя результаты пп.2 , 3 домашнего задания и значения коэффициентов разложения косинусоидального импульса в ряд Фурье, приведенные в табл.П.1. Напряжение Uбm должно изменяться через 0,25В в пределах от 0 до 1В.
6. Рассчитать наибольшее значение коэффициента усиления нелинейного резонансного усилителя в режиме удвоения и утроения частоты.
1. Исследовать резистивный нелинейный усилитель.
1.1 Подготовить приборы и установку к работе. Собрать схему исследования. Подключить генератор Г3-33 к гнёздам Г1 , осциллограф - к гнёздам Г5, милливольтметр - к гнёздам Г4. Переключатель СК установить в соответствии с номером бригады. Установить частоту колебаний генератора равной резонансной частоте контура. Установить тумблер Т2 в левое положение, тумблер Т1 , в верхнее положение , переключатель “Вольтметр” - в положение Г1 , переключатель “Осциллограф” - в положение А.
1.2 Установить внутреннее сопротивление генератора Г3-33 равным 600Ом ,включить внутреннюю нагрузку. В соответствии с п.4 домашнего задания установить на входе генератора напряжение соответствующее заданному Uбm , а по вольтметру базового блока напряжение смещения Uб0. Учесть , что верхний предел шкалы вольтметра базового блока равен 2В.
1.3 Получить и зарисовать осциллограммы напряжения UR(t) на резистивной нагрузке. Измерить угол отсечки (см. рис.2) при значениях Uб0 , рассчитанных в п.4 домашнего задания.
2. Снять колебательные характеристики нелинейного резонансного усилителя.
2.1 Установить тумблер Т1 в нижнее положение , включив параллельный контур в нагрузочную цепь усилителя. Переключатель “Вольтметр” поставить в положение А.
2.2 При Uб0 =0,8В и Uбm =0,2В подстроить частоту генератора , добиваясь максимума напряжения Uкэф на выходе резонансного усилителя, записать f0 .
2.3 Снять зависимость Uкэф (Uбэф) для трех значений напряжения смещения на базе : а) Uб0=0,4В; б) Uб0=0,6В; в) Uб0=0,8В, изменяя переменное эффективное напряжение Uбэф на генераторе Г3-33 :0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,5; 0,8; 1В
3. Исследовать нелинейный резонансный усилитель в режиме умножения частоты.
3.1 Установить на генераторе Г3-33 частоту вдвое меньше резонансной, в соответствии с п.2.2.
3.2 Установить Uбэф в соответствии с п.4 домашнего задания. Изменяя напряжение смещения Uб0 , добиться максимума напряжения на выходе резонансного нелинейного усилителя, работающего в режиме умножения частоты. Записать напряжение смещения Uб0 . Подстроить в небольших пределах частоту генератора до получения максимума выходного напряжения. Измерить напряжение на выходе умножителя. Вычислить коэффициент передачи умножителя и сравнить с результатом расчета по домашнему заданию.
3.3 Зарисовать осциллограмму выходного напряжения умножителя. Включить с помощью тумблера Т1 резистивную нагрузку и зарисовать осциллограмму напряжения. Установить переключатель “Осциллограф” в положение Г1. Зарисовать осциллограмму входного напряжения. Все трои осциллограммы п.3 должны быть зарисованы при неизменном масштабе развертки осциллографа.
3.4 Установить (по указанию преподавателя) на генераторе Г3-33 частоту втрое меньше резонансной. Повторить пп.3.2 и 3.3.
Содержание отчета
1. Принципиальная схема нелинейного резонансного усилителя с подключенными измерительными приборами.
2. Результаты расчетов при выполнении домашнего задания.
3. Сравнение теоретических и экспериментальных результатов и анализ причин возможных расхождений.
Контрольные вопросы
1. Как зависит угол отсечки коллекторного тока от напряжения смещения и амплитуды входного напряжения ?
2. Изобразить временные диаграммы коллекторного тока и напряжения на контуре нелинейного резонансного усилителя. Чем объясняются имеющиеся отличия ?
3. Как определить амплитуду первой , второй и третьей гармоник коллекторного тока , если известны амплитуда напряжения на входе и крутизна аппроксимирующей прямой при кусочно-линейной аппроксимации?
4. Как определяется КПД нелинейного резонансного усилителя ?
5. Чему равен коэффициент усиления нелинейного резонансного усилителя при =90° ?
6. Как изменится колебательная характеристика при изменении а) Uб0 , б) RЭР ?
7. Чем отличается временные диаграммы коллекторного тока и напряжений на базе и коллектора в схемах удвоителя и утроителя частоты ?
8. Как следует выбирать угол отсечки коллекторного тока в умножителях частоты при работе: а) с постоянной величиной импульса коллекторного тока ; б) с постоянной амплитудой на входе ?
9. Как объяснить , что при одинаковом угле отсечки в режиме удвоения КПД ниже , чем в режиме усиления ?
10. Как выглядит частотная характеристика умножителя частоты ?
11. Каковы энергетические преимущества режима с отсечкой тока?
Литература
1. Гоноровский И.С. РТЦ и С. -М.: Сов. Радио , 1994,1986
2. Басковов С.И. РТЦ и С. -М.:Высшая школа , 1983.
3. РТЦ и С под редакцией К.А. Самойло. - М.:Радио и связь, 1982
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения, разработка его принципиальной схемы. Коэффициент усиления каскада по напряжению. Определение амплитуды тока коллектора транзистора и значения сопротивления. Выбор типа транзистора и режима его работы.
контрольная работа [843,5 K], добавлен 25.04.2013Разработка принципиальной схемы системы управления гелиостатом-концентратором. Выбор составляющих ее блоков. Технические характеристики мотор-редуктора, устройства слежения за солнцем и источника питания. Принцип действия релейного усилителя тока.
курсовая работа [791,1 K], добавлен 05.01.2014Изучение современного состояния электропривода переменного тока. Разработка лабораторного стенда с преобразователем частоты АП-100. Проведение монтажа и наладки лабораторной установки. Методика исследования электропривода с преобразователем частоты.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 10.05.2015Особенности, внешние характеристики и основные свойства нелинейных электрических цепей. Графо-аналитический и аналитический методы анализа. Анализ цепей методом угла отсечки. Воздействие двух гармонических колебаний на безынерционный нелинейный элемент.
реферат [141,6 K], добавлен 22.03.2009Структурные схемы различных видов обратной связи. Коэффициенты усиления усилителя. Использование обратной связи в различных функциональных устройствах на операционных усилителях. Расчет элементов усилителя. Разработка и проверка схемы усилителя.
курсовая работа [1022,5 K], добавлен 30.07.2008Определение мгновенных значений напряжения и тока. Комплекс входного сопротивления линии. Режимы и основные уравнения однородной линии без потерь. Понятие стоячих волн. Нахождение индуктивной и емкостной нагрузки, амплитуды падающей и отраженной волн.
презентация [390,7 K], добавлен 28.10.2013Краткая характеристика устройства ввода тока и напряжения. Методика построения преобразователя тока в напряжение. Фильтр низких частот. Устройство унифицированного сигнала. Расчет устройства ввода тока, выполненного на промежуточном трансформаторе тока.
курсовая работа [144,0 K], добавлен 22.08.2011Общее представление о мощных БИП-транзисторах Зависимость эффективности эмиттера от концентрации примеси в нем. Характеристика падения коэффициента усиления по току при больших плотностях тока. Сущность монолитного мощного транзистора Дарлингтона.
курсовая работа [676,6 K], добавлен 04.04.2015Разложение периодической функции входного напряжения в ряд Фурье. Расчет гармонических составляющих токов при действии на входе цепи напряжения из 10 составляющих. Построение графика изменения входного напряжения и тока в течение одного периода в 1 ветви.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 10.04.2014История развития электротехники - науки, изучающей практическое применение электричества. Решение задач на определение коэффициента усиления усилителя по мощности; определение внутреннего сопротивления лампового триода, входящего в состав усилителя.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 04.06.2010Усилители, построенные на полупроводниковых усилительных элементах (биполярных и полевых транзисторах). Выбор принципиальной схемы. Расчет выходного, предоконечного и входного каскадов. Параметры схемы и расчет обратной связи. Расчет элементов связи.
курсовая работа [203,3 K], добавлен 27.11.2009Понятие и физическая характеристика значений колебаний, определение их периодического значения. Параметры частоты, фазы и амплитуды свободных и вынужденных колебаний. Гармонический осциллятор и состав дифференциального уравнения гармонических колебаний.
презентация [364,2 K], добавлен 29.09.2013Функциональная схема устройства: усилительный, суммирующий и выпрямительный блоки. Расчет соотношения сопротивлений и их номиналов, исходя из коэффициентов усиления. Расчет напряжения на выходе. Построение принципиальной электрической схемы цепи.
задача [304,7 K], добавлен 15.04.2012Изучение принципа работы мостового усилителя мощности звуковой частоты, составление описания модели схемы. Проектирование мостового УМЗЧ с помощью пакета прикладных программ Pspice схемотехнического проектирования и анализ результатов машинных расчетов.
курсовая работа [78,3 K], добавлен 23.07.2010УПТ прямого усиления и его балансные схемы. Напряжение смещение нуля и его дрейф. Условное обозначение операционного усилителя. Структурная схема ОУ, его основные характеристики и параметры. Подача питающих напряжений на ОУ и амплитудная характеристика.
лекция [257,5 K], добавлен 15.03.2009Разработка функциональной и принципиальной схемы коллекторного двигателя. Выбор диодов для выпрямителя. Расчет генератора, сечения и длины проводов для схемы подключения. Схемы соединений и подключений. Монтаж, наладка и эксплуатация устройства.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 25.10.2012Выбор и обоснование структурной схемы усилителя гармонических сигналов. Необходимое число каскадов при максимально возможном усилении одно-двухтранзисторных схем. Расчет выходного каскада и входного сопротивления транзистора с учетом обратной связи.
курсовая работа [692,9 K], добавлен 28.12.2014Составление развернутой схемы неперекрещивающейся простой петлевой обмотки, нахождение полюсов и щеток. Определение значения тока обмотки якоря. Порядок вычисления коэффициента полезного действия генератора, вращающий момент и сумму потерь двигателя.
контрольная работа [370,0 K], добавлен 10.06.2011Характеристика нелинейного сопротивления. Закон изменения тока в цепи. Закон изменения напряжения и тока на нелинейном элементе в переходном режиме, вызванном коммутацией рубильника. Характеристика нелинейного элемента. Гармонические составляющие цепи.
контрольная работа [352,2 K], добавлен 03.04.2009Биполярный транзистор с резистором в эмиттерной цепи, выбор и обоснование структурной схемы. Разработка принципиальной схемы, её описание и расчёт элементов, расчёт дифференциального усилителя и делителя напряжения. Разработка алгоритма и его описание.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 09.03.2012