Опис лабораторної установки. Лабораторна установка дозволяє виконати лаботраторні роботи № 4 і 5.

Лабораторна установка дозволяє виконати лаботраторні роботи № 4 і 5.

В ній розташований нелінійний резонансний підсилювач, режим якого можна змінювати. Всі органи керування виведені на лицьову панель, як зображено на рис.4.3.

Вибір схеми дослідження виконується тумблером Т₂.

При дослідженні нелінійного підсилення зовнішня високочастотна напруга від генератора високої частоти підводиться до гнізда Г₁.

Рис.4.3

Постійну напругу зміщення на базі транзистора КТ-315 нелінійного підсилювача можна змінювати потенціометром . Постійна напруга вимірюється вольтметром базового пристрою лабораторного стенда з верхньою границею 1 В. В колі еміттера транзистора включено опір 620 Ом. Характеристику транзистора , що одержано у цьому режимі, наведено на рис.4.4.

За допомогою тумблера Т₁ переключається навантаження у колекторному колі транзистора: у положенні 1 вмикається паралельний коливальний контур, в положенні 2 – активний опір 1 Ком. Перемикач С_к дозволяє встановити величину ємкості контура, що прийняте при виконанні домашнього завдання, у відповідності із номером бригади.

Гнізда Г₄ і Г₅ лабораторної установки використовуються для підключення вольтметра і осцилографа, які дозволяють вимірювати і спостерігати напруги у різних точках схеми. Необхідні для цього комутації виконуються за допомогою перемикачів «Вольтметр» та «Осцилограф».

Рис.4.4

Розрахункове завдання

1. Зобразити принципову схему транзисторного нелінійного резонансного підсилювача.

2. Скопіювати у звіт вольт-амперну характеристику (рис.4.4) транзистора КТ-315. Виконати кусочно-лінійну апроксимацію цієї характеристики.

3. Для завданих параметрів контура ( кГц, пФ ) розрахувати еквівалентний опір контура при резонансі.

4. Розрахувати коливальні характеристики для трьох значень напруги зміщення на базі: а) В; б) 0,6 В; в) 0,8 В, використовуючи результати, що отримані при виконанні п.2 і 3 розрахункового завдання, і значення коефіцієнтів розвинення косинусоїдального імпульса .

5. Визначити по ідеалізованим коливальним характеристикам значення вхідної напруги, що відповідає критичному режиму, для вказаних трьох значень напруги зміщення. Визначити коефіцієнт підсилення нелінійного резонансного підсилювача в критичному режимі.

6. Використовуючи апроксимовану характеристику нелінійного елемента, розрахувати значення нелінійного підсилювача, що відповідають завданим значенням кута відсічки і напруги зміщення для наступних випадків: а) q=180⁰, U_б0 =0,8 В; б) q= 120⁰ , U_б0 =0,8 В; в) q = 60⁰ , U_б0 =0,4 В.

7. Розрахуйте найбільше значення коефіцієнта підсилення нелінійного резонансного підсилювача в режимі подвоєння та потроєння частоти.

8. Змоделюйте нелінійний резонансний підсилювач у програмному середовищі Electronics Work Bench.

Лабораторне завдання

1. Дослідити нелінійний резонансний підсилювач. Одержати та замалювати осцилограми вихідної напруги при а) q=180⁰, U_б0 =0,8 В; б) q= 120⁰ , U_б0 =0,8 В; в) q = 60⁰ , U_б0 =0,4 В. Для цього підготувати прилади і установку до роботи. Зібрати схему дослідження. Дляя цього підключити генератор високочастотних коливань до гнізда Г₁, вхід осцилографа – до Г₅, мілівольтметр – до Г₄. Встановити частоту коливань рівну 186 кГц – частоті резонансу коливального контура. Встановити тумблер Т₁ в положення “2”, Т₂ – в положення “1”, перемикач “Вольтметр” –в положення “Г₁”, перемикач “Осцилограф” – в положення “А”. Змінюючи вихідну напругу генератора високої частоти, встановити по зовнішньому вольтметру розраховане при виконанні розрахункового завдання значення апмлітуди вхідної напруги, що відповідає завданому куту відсічки (при цьому враховувати, що вольтметр проградуйований у ефективних (діючих) значеннях гармонійної напруги: ). Встановити по вольтметру базового пристрою напругу зміщення, що забезпечує завданий кут відсічки. отримати і замалювати осцилограму на виході нелінійного резонансного підсилювача.

2. Зняти коливальні характеристики нелінійного резонансного підсилювача при: : а) В; б) 0,6 В; в) 0,8 В. Для цього встановити тумблер Т₁ в положення “1”, ввімкнувши паралельний контур в навантажувальне коло підсилювача. Частота генератора повинна дорівнювати резонансній частоті контура 186 кГц. Зняти залежність U_к(U_б) при завданих заченнях напруги зміщення, змінюючи напугу збудження до 1 В. Визначити значення U_б, що відповідає критичному режиму.

3. Використовуючи коливальні характеристики, розрахувати амплітудні характеристики нелінійного резонансного підсилювача.

4. Дослідити нелінійний резонансний підсилювач у режимі множення частоти. Отримати і замалювати осцилограми напруги на виході резонансного нелінійного підсилювача в режимі подвоєння та потроєння частоти, порівняти з осцилограмами напруги на виході нелінійного резонансного підсилювача при тих же умовах. Визначити коефіцієнт підсилення в режимі подвоєння та потроєння частоти. Для цього встановити U_б0=0,6 В і U_б@U_бкр. Зменшити частоту генератора вдвічі (до 93 кГц) , щоб резонансна частота контура (186 кГц) співпадала із другою гармонікою частоти генератора. Змінюючи напругу зміщення, добитися максимума напруги на виході нелінійного резонансного підсилювача, що функціонує в режимі подвоєння частоти. Замалювати осцилограму вихідної напруги множника і вимірити його значення. Визначити коефіцієнт підсилення множника. Ввімкнути резистивне навантаження тумблером Т₁, продивитись і замалювати осцилограми напруги на виході для режимів нелінійного елемента, що використовуються у даному пункті. Встановити U_б0=0,4 В. Дослідити нелінійний резонансний підсилювач в режими потроєння частоти, подавши від високочастотного генератора частоту 62 кГц. Тепер частота резонансу коливального контура складає третю гармоніку вхідного сигналу.Далі діяти згідно методики, що викладено на початку даного пункту.

Вимоги до звіту

Звіт повинен вміщувати:

1) результати розрахунків, що отримані при виконанні розрахункового завдання;

2) принципову схему нелінійного резонансного підсилювача;

3) графіки коливальних та амплітудних характеристик, що оримані розрахунковим та експериментальним шляхами;

4) осцилограми напруг на виході нелінійного резонансного підсилювача при різних кутах відсічки і вхідних напругах в режимі подвоєння та потроєння частоти.

5) результати експериментального визначення коефіцієнтів підсилення подвоювача та потроювача частоти;

6) висновки та оцінку отриманих результатів.

Контрольні запитання

1. Поясніть принцип дії нелінійного резонансного підсилювача.

2. Як залежить величина кута відсічки колекторного струму від напруги зміщення і амплітуди збудження?

3. Зобразіть часові діаграми колекторного струму і напруги на контурі в недонапряженому та в перенапряженому режимі нелінійного резонансного підсилювача. Чим пояснюються наявні відмінності?

4. Як визначити амплітуди першої, другої, третьої гармонік колекторного струму, якщо відомі амплітуда імпульса колекторного струму і крутизна апроксимуючої прямої при кусочно-лінійній апроксимації?

5. Чим визначається напруженість режиму нелінійного резонансного підсилювача?

6. Чому дорівнює коефіцієнт підсилення нелінійного резонансного підсилювача у критичному режим при q=90⁰?

7. Як змінюється коливальна характеристика при зменшенні (збільшенні): а) Е_к, б) U_б0, в) Z_екр?

8. Зобразіть часові діаграми колекторного струму і напруги на базі та колекторі в схемах подвоювача та потроювача частоти.

9. Поясніть залежність режимів роботи нелінійного резонансного підсилювача від напруг живлення.

10. Як треба вибрати кут відсічки колекторного струму в помножувачах частоти при роботі: а) зі сталою величиною імпульса колекторного струму; б) зі сталою величиною амплітуди збудження?

11. Як пояснити, що при однаковому кутові відсічки в режимі подвоєння частоти ККД нижче, ніж у режимі посилення?

12. Чому не застосовуються високі кратності помноження частоти?

13. Які енергетичні переваги режиму з відсічкою струму?