Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум (2-е изд., 2011) (1186342), страница 8
Текст из файла (страница 8)
3. Произвести расчет по программе (см. рис.б.б) при очень большом сопротивлении нагрузки, близкой к режиму холостого хода, например, при Е = 100+ 1100 Ом. 85 6.3. Коаксиальный контур При юротюм замыкании с одного конца коаксиальной линии длиной ! = Хд/4 она представляет собой параллельный колебательный контур (Х, есть укороченная длина волны в линии с учетом влияния диэлектрика). При! < Хд/4 коротюзамкнутая линия эквивалентна индуктивности.
В этом случае параллельный колебательный контур можно получить, подключив к разомкнутому концу линии дополнительную емкость С (рис. 6.8). Рис. 6.8 Условие резонанса в таком контуре, в котором роль индуктивности выполняет отрезок юроткозамкнутой линии, имеет вид: 1 2к! 2к! — = р 18 — при — < к/'4.
(6.17) саС Хд Хд где р — волновое сопротивление коаксиальной линии в Ом, определяемое согласно (6.1). Из (6.17) определим длину линии при выбранной емкости С: 1()' ! = — дагсг8 2к 2 лГСр (6.18) где Г- частота в МГц, С вЂ” емкость в пФ. Программа по расчету коаксиального контура согласно (6.18) с примером приведена на рис. 6.9. В программе приняты следующие обозначения: Р, с) — диаметры внешней и внутренней линий в см; а„— диэлектрическая проницаемость материала-диэлектрика, заполняющего линию (рис. 6.1, а). При отсутствии диэлектрика а, = 1; С вЂ” емкость в пФ; Х- длина волны в см; 7ьО-длина волны с учетом ее укорочения за счет дизлектрика в см; 1' — частота в МГц; Ь вЂ” рассчитываемая длина коаксиальной линии в см; р — волновое сопротивление линии, Ом.
Х:=60 О:=3 С:=5 Ю = 60 30000 у=— Х г"=500 р = 65.843 С Ю1 ( 10 1.:= ~ — асап~ с, 2. к,~ с, 2 н У С. р ~ Ь = 7.339 Рис. 6.9 Задание на выполнение лабораторной работы 87 1. Произвести расчет по программе (см. рис. 6.9) при других исходных данных, например, при 7с = Зосм и в С 3 пФ. 2. Определить, как изменение емюсти, при других неизменных параметра контура, влияет на длину коаксиальной линни. 3. Определить, как изменение диаметров, при других неизменных параметра юитура, влияет на длину коаксиальиой линии.
4. Определить, как изменение дизлектрической проницаемости, при других неизменных параметра юнтура, влияет иа длину коаксиальной линии. 6.4. Объемные резонаторы Основное применение на основе волноводов имеют два типа объемных резонаторов: прямоугольного и цилиндрического типа (рис. 6.10, а, 6).
б) а) Р .ало Резонансная частота обоих типов резонаторов определяется юличеством полуволн, укладывающихся по разным стенкам волновода. Поэтому один и тот же резонатор может иметь большое число резонансных частот. В случае прямоугольного волновода (см. рис.
6.10, а) длины резонансных волн определяются выражением: Х 2 (6.19) где т, и, р — целые положительные числа. Возможен и таюй вариант, югда один из индексов ш = 0 или и = О. Таким образом, наибольшая длина резонансной волны прямоугольного резонатора согласно (6.19) возможна при ш = О, и = 1, р = 1 или при т = 1, и = О, р = 1. В табл. 6.1 приведены размеры нескольких стандартных типов прямоугольных волноводов, выбор которых производится в зависимости от длины волны Х. Программа по расчету прямоугольного резонатора с примером приведена на рис. 6.11. В программе приняты следующие обозначения: Х вЂ” длина волны в см, а, Ъ, с — длина сторон прямоугольного резонатора в см (см.
рис. 6.10„а), ш, и, р — целые числа. Расчет по программе проводится в следующем порядке. Сначала в зависимости от требуемой резонансной длины волны Х резонатора по табл. 6.1 выбирается тип волновода с размерами а, Ъ (см. рис. 6.10, а). Выбирается тип возбуждаемой волны и значения коэффициентов ш, и, р. Затем строится график зависимости Х = Ф(с), с помощью которого определяется третий размер резонатора с для получения требуемого значения резонансной длины волны.
Пример расчета по программе приведен на том же рис. 6.11. Резонансная длина волны цилиндрических резонаторов определяется более сложным способом и не может быть выражена единой формулой. Приведем формулы по расчету цилиндрического резонатора при возбуждении в нем наиболее длинных волн из множества резонансных частот. При возбуждении колебания типа Нп, длина резонансной волны 21. ,11+ 0,3 44(Ц Ц (6.20) ' При возбуждении колебания типа Е и длина резонансной волны 21.
,/1 г 058 7(Е~ Р ) При возбуждении колебания типа Н и длина резонансной волны 2Ь ,11~1,487(1.~К) (6.22) 90 Программа по расчету цилиндрического резонатора с примером приведена на рис. 6.12. Сначала выбирается отношение двух размеров резонатора: х = Ь/К (см. рис. 6.10, б), Затем по программе рассчитываются размеры резонатора при возбуждении в нем трех типов волн. В программе приняты следующие обозначения: Х вЂ” длина волны в см, Ь, К вЂ” радиус и длина резонатора в см (см.
рис. б.10, б). х:=5 К(Ц:=- ь х 1.= !5.492 К(Ь) = 3.098 Н171 Ь:=05 Х 1+ 0344 х ЕО!! Ь;=0.5 Х 1+0.587-х 1.= !9.796 К(1.) =3.959 НО!1 Ь:=0.5 Х 1+ 1.487 х Ь=30.893 К(Ь) =6.179 Рис. 6.12 Задание на выполнение лабораторной работы !. Определить размеры резонатора прямоугольного типа с резонансной частотой )ь = 5 и 12 см или другими значениями Х. 2. Определить размеры резонатора цилиндричесхого типа с резонансной частотой Х = 5 и 12 см или другими значениями Х при возбуждении в нем трех типов волн. 91 Глава 7.
ГЕНЕРАТОРЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ЧАСТОТЫ 7.1. Основные определения Нелинейным элементом в радиотехнических устройствах в большинстве случаев являются электронные приборы — полупроводниковые и электровакуумные. В сочетании с инерционными электрическими цепями они образуют нелинейные динамические звенья и устройства.
К их числу относятся: низкочастотные и высокочастотные усилители мощности сигнала, умножители и делители частоты сигнала, преобразователи частоты и автогенераторы. Нелинейную цепь можно определить не только по входящим в нее элементам, но и по внешним признакам, к числу которых при синусондальном входном сигнале относятся: несовпадение по форме входного и выходного сигналов 1рис.7.1); преобразование частотного спектра входного сигнала, состоацее в зарождении в спектре выходного сигнала новых составляющих (рис.7.1); нелинейность амплитудной характеристики; зависимость фазы усиливаемого сигнала от амплитуды. Ь 2г зг 4г Остановимся подробнее на двух последних признаках. Подадим на вход цепи (см. рис.
7.1) сигнал: х(Ф) = У,„з1п(си+ <р,„). 92 Выделим на выходе цепи 1-ю гармонику сигнала: у(1) = 1) „а1п(ох+ ~р,„„). Плавно меняя амплитуду входного сигнала, снимем амплитудную и фазо-амплитудную характеристики цепи: 1)в = Ф1(1),„) и Л<р = <р,„„- <р,„= Ф2(1),х). (7.1) При линейной амплитудной характеристике Ф,((1кх) и независимости разности фаз от амплитуды входного сигнала Фз(1) ) = сопз1 цепь является линейной (рис.
7.2, а). При нарушении любого из двух данных условий цепь становится нелинейной (рис. 7.2, б). цввх вх вх а) цвх б) Рис. 7.2 Проведем анализ работы двух типовых нелинейных устройств с помощью программы Е!ес1гоп1сз ЖогЫ7епсЬ. 93 7.2. Высокочастотный генератор с внешним возбуждением Генератор с внешним возбуждением служит для усиления мощности высокочастотных колебаний или умножения их частоты. Схема такого генератора, в коллекторную цепь которого включен параллельный колебательный контур, приведена на рис. 7хй Резонансная частота контура при параметрах, указанных на схеме: Гр 1 1 1 МГц.
2п~/ЬС 2п Частота входного сигнала равна данной частоте. Осциллограммы, полученные в схеме, приведены на рис. 7.4 и 7.5: напряжение входного сигнала (точка 1 — земля) — верхняя осциллограмма на рис. 7.4; 94 им%и юю "~!'"'~!"."~~':::-!' "'-'::!":=----'мм'~'"'"г1 ''"~~изаивии Рис. 7.4 напряжение выходного сигнала (точка 4 — земля) — нижняя осциллограмма на рис.7.4 и 7.5; тока эмитгера (точка 2 — земля) — верхняя осциллограмма на рис. 7.5. С помощью данных осциллограмм можно установить формы и значения тока и напряжений в генераторе и вычислить его энергетические параметры.
Согласно осциллограммам и показаниям амперметра постоянного тока, включенного в коллекторную цепь, имеем: мощность, потребляемая генератором от источника постоянного напряжения по коллекторной цепи: Ре 1еЕе 92,8мА 20В=1,856Вт; выходная мощность высокочастотного сигнала, выделяемая на нагрузке — сопротивлении 200 Ом: Р, = 0,5(() )з/Ви = 0,5. (20)з/200 = 1 Вт; 95 КПД генератора по коллекторной цепи: Ч = Р,/Рс= 1/1,856 = 54%.
Согласно верхней осциллограмме на рис. 7.5 генератор работает в режиме с отсечкой коллекторного тока. Амплитуда импульса кпллекторного тока (для измерения служит сопротивление в 10м) равна 280 мА. Переведем генератор в режим умножения частоты в 2 раза. Для этого настроим контур в коллекторной цепи на частоту 2-й гармоники сигнала, равную 2 МГц, заменив конденсатор емкостью 10 пр на 2,5 пЕ Полученная в результате такой замены осциллограмма на нагрузке генератора приведена на рис. 7.6. Из нее ясно видно, что частота сигнала по сравнению с предыдущим случаем возросла в 2 раза. 96 юмгя!~~~" -'!ъ!~~нг!а~~э!~!'; —.:— :::!!!~~!'*'й!!е~!!:"ч!".!~~~!!!!!!!гвящи Рис. 7.6 Задание на выполнение лабораторной работы 1. Постройте амплитудную характеристику генератора, т.
е. зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного, путем снятия осциллограмм по аналогии с рис. 7.4. Определите при нескольких значениях амплитуды входного сигнала значения потребляемой и колебательной мощности и КПД и постройте соответствующие графики. 2. Постройте амплитудно-частотную характеристику генератора, т.е. зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты входного сигнала при его неизменной амплитуде, путем снятия осциллограмм по аналогии с рис. 7.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
