Каганов В.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Лабораторный практикум (2-е изд., 2011) (1186342), страница 9
Текст из файла (страница 9)
3. Постройте нагрузочную характеристику генератора, т.е. зависимость его энергетических параметров от сопротивления нагрузки, меняя ее в пределах от 100 до 1000 Ом. 4. Переведите генератор в режим умножения частоты в 3 раза. Рассчитайте сначала новые значения емкости или индуктивности контура для получения реюнансной частоты 3 МТ'ц. Произведите соответствующие изменения в схеме генератора (см. рис. 7,4) и снимите осциллограммы по аналогии с рис. 7.6.
97 7.3. Преобразование частоты сигнала Во многих случаях помимо умножения частоты сигнала требуетсяееизменениенаопределенную величину. Такаяоперация,осуществляемая путем смешения двух колебаний, называется преобразованием частоты. Подав на нелинейный элемент два колебания с частотой 1; и 1',, можно получить целый спектр колебаний с частотами 1' „= = пГ, ~ пауз, где и, ш — целые числа. Приняв значения и = 1 и ш = 1, получим для преобразованной частоты 1' = 1; + 1' или 1' = Г, — 1' . Настроив на частоту 17 контур иа выходе смесителя сигналов, получим колебание с требуемой разностной или суммарной частотой. Возможная схема смесителя сигналов„осуществляющего преобразование частоты, в которой в качестве нелинейного элемента используется диод, приведена на рис. 7.7. х Рис.
7.7 98 На вход диода подаются два сигнала с частотой 1 МГц и 1,05 МГц. Контур на выходе смесителя настроен на разностную частоту в 50 кГц. Осциллограммы сигналов на входе и выходе смесителя приведены на рис. 7.8. Верхняя осциллограмма есть выходной сигнал с частотой 50 кГц, нижняя — один из двух входных сигналов. язаЗно м: ':,!!:',';:,::::":!',:~;:::!!~;:.:,:.~!;:::!::,!,:„:;::::::::::,:::!:,:!";:-.,'":,!!!-.-~!~~:.:„:::!;:.*::;!~!:~',::,.-,'.;:;!:;::!нге!ж! Рис. 7.8 Задание на выполнение лабораторной работы 1. Рассчитайте резонансную частоту контура на выходе смесителя согласно значениям элементов, приведенным на рис.
7.7. 2. Установите новые значения частот входных сигналов для получения иа выходе смесителя сигнала с частотой 465 кгц. Рассчитайте новые значения элементов контура на выходе смесителя. Снимите осциллограммы по аналогии с рис, 7.8. 99 7.4. Спектральный анализ Одним из методов определения нелинейных свойств цепи является спектральный, основанный на сравнении амплитудных спектров входного и выходного сигналов. В случае линейной цепи составы спектров на входе и выходе цепи в точности совпадают, изменяются только амплитуды спектральных составляющих (рис.
7.9, а). В случае нелинейной цепи в спектре выходного сигнала появляются новые спектральные составляющие. Такими дополнительными спектральными составляющими в случае широкополосной цепи могут являться гармоники основного сигнала. Колебания на входе и выходе цепи при этом имеют вид: ц,„(1) = 1)яп(2пй), ц (1) = 1) яп(27ей+ ер1) + 1)зяп(4жй+ ерз) + 1)зз~(~"й ~'рз) + "' ' спектры которых представлены на рис. 7. 9, б. Нелинейная цель ОдБ -ю вх ОдБ -10 — 20 -30 ю вых Г 2Г ЗГ 4Г 5Г а) б) Рис.
7.9 Еще более «тонким» способом анализа по определению нелинейных свойств как широкополосных, так и узкополосных цепей является двухчастотный спектральный метод. Тестовым сигналом при таком методе является двухчастотный сигнал, представляющий собой сумму двух синусоидальных колебаний, разнесенных на частоту г: 100 и,„(1) = \)1з)л(2кГ11) + Бзз)п[2н(Г1 + Г)1).
Амплитудный спектр данного входного сигнала, содержащий две составляющие, показан на рис. 7.10, а. В случае линейной цепи спектр сигнала на ее выходе также будет содержать только две составляющие, изменятся только их амплитуды. В случае нелинейной цепи в спектре выходного сигнала появятся дополнительные составляющие, разнесенные по частоте на величину Р (рис. 7.10, б). По величине дополнительных составляющих в таком спектре, называемым комбинационным, можно дать количественную оценку нелинейным свойствам анализируемого устройства. Нелинейная цель о ив -10 вх ОдБ — 1О -20 -30 -40 вых б) а) Рис. 7.! 0 Рассмотрим спектральный метод на примере анализа операционного усилителя- ОУ (рис.
7.11). Коэффициент усиления ОУ определяется отношением сопротивлений, включенных в цепи отрицательной обратной связи: К„= ( К, + К )/Кг При амплитуде входного сигнала 1),„< Ц /К„сигнал на выходе ОУ является синусоидальным. При 1),„>1) /К„усилитель переходит в режим ограничения амплитуды колебаний и выходной сигнал приобретает сначала трапециедальную, а затем и прямоугольную форму. Сказанное подтверждается с помощью осциллограмм, приведенных на рис. 7.12 и 7.13. При значениях элементов, указанных на рис.
7.11, ОУ имеет коэффициент усиления К„= (2+ 18)/2 = 10. Поэто- 101 му при 11 = 20 В и 1),„< 2 В усилитель работает в линейном режиме, при 1)а = 20 В и 11,„ > 2  — в нелинейном. В 1-м случае сигнал на выходе ОУ содержит одну спектральную составляющую, во 2-м— несколько. Спектр сигнала с помощью программы Е1ес1гошсз %огкЬепсЬ можно определить путем обращения к меню Апа1уз1з (Анализ), к строке г оипег (Фурье-анализ). В открывшемся окне следует указать номер узла ОШри1 поде схемы, в которой производится анализ сигнала; основную частоту колебаний гипдашеп1а1 Ггеоиепсу и число гармоник ХпшЬег Ьаппошс. В рассмотренном примере указанные величины имеют значения: 2„9, 50 кГц.
Осциллограммы сигнала и их спектральный состав для двух режимов: линейного при 11,„= 1 В и нелинейного при 1) = 5 В, приведены, соответственно, на рис. 7.12 и 7.13. Нижняя осциллограмма на обеих схемах относится ко входному сигналу, верхняя — к выходному. В 1-м случае в спектре сигнала содержится только 102 1-я гармоника сигнала 1см. рис. 7.12, б7; во 2-м 1см. рис. 7.13, б) — 1-я и высшие причем нечетные гармоники по уровню значительно превосходят четные, что является отличительным признаком импульса, близкого по форме к прямоугольному. Задание на выполнение лабораторной работы ! .
Измените значение частоты входного сигнала и коэффициент усиления операционного усилителя в схеме рис. 7.11. Постройте осциллограмму н спектр выходного сигнала в двух режимах работы — линейном и нелинейном — по аналогии с рис. 7.12 и 7.13. 2. Сравните спектры выходного сигнала в двух режимах работы. Поясните, почему в спектре сигнала при нелинейном режиме появляются дополнительные составляюпзие. 105 Глава 8. АВТОГЕНЕРАТОРЫ 8.1. Основные определения Автогенератором называется устройство, служащее для генерации высоиз- или сверхвысокочастотных колебаний. Обобщенная структурная схема, в которой происходит преобразование энергии источника постоянного тока в энергию высокочастотных колебаний, приведена на рис.
8.1. Рис. 8.1 В схеме рис. 8.1 с помощью цепи положительной обратной связи часть мощности сигнала из колебательного контура поступает на вход электронного прибора и после усиления вновь возвращается в контур. При этом необходимо выполнять два условия. Во-первых, количество дополнительной энергии, поступающей в контур, должно быть равно энергии, теряемой в нем за счет его активного сопротивления потерям. Во-вторых, дополнительные колебания должны совпздать по фазе с основными колебаниями.
Пример схемы транзисторною автогенератора, отвечающего данным требованиям, приведен на рис. 8.2. Анализ работы автогене- Рис. 8.2 рагора можно провести на осно- 106 ве метода гармонической линеаризации, позволяющего получить следующее уравнение в комплексной форме по 1-й гармонике сигнала: Я Е,К=1, (8.1) где 8 — крутизна характеристики электронного прибора по 1-й гармонике сигнала, Е, — эквивалентное сопротивление контура на частоте 1-й гармоники, К вЂ” комплексный коэффициент обратной связи.
Крутизна 8 =1,Л)„=1 а,Л)„, где1, — амплитуда 1-й гармоники тока, Б„— амплитуда напряжения йа входе прибора. Уравнение 18.1) распадается на уравнения для произведения модулей и суммы фаз, соответственно называемые уравнениями баланса амплитуд и фаз: (8.2) у~э ф +ф +ф =оп. 18.3) Уравнение баланса амплитуд (8.2) указывает на необходимость такого пополнения энергии в контуре за счет цепи обратной связи, которое покрывало бы потери в нем.
Уравнение баланса фаз (8.3) определяет необходимость соблюдения следующего условия: дополнительные колебания, вводимые в контур, должны совпадать по фазе с уже существующими. Количество дополнительной энергии можно регулировать за счет модуля коэффициента обратной связи К, а фазирование — за счет его фазы. Поскольку электронный прибор поворачивает фазу сигнала на величину, близкую к л, то согласно (8,3) на такую же величину должен происходить поворот фазы сигнала и за счет цепи обратной связи. При 1 = 0 ввиду малости амплитуды колебаний крутизна Б = Бс — статической крутизне характеристики электронного прибора. При этом должно быть выполнено условие самовозбуждения автогенератора: Б Е,К> 1. (8.4) После включения автогенератора амплитуда возникших в нем автоколебаний возрастает, стремясь к установившемуся значению.
Типичный график установления автоколебаний приведен на рис. 8.3. 107 ио а 1 а Рис. 8.3 б) а) Рис. 8.4 Особую группу составляют кварцевые автогенераторы, в которых высокая точность и стабильность частоты генерируемых колебаний обеспечивается за счет кварцевого резонатора. Проведем анализ нескольких типовых схем автогенераторов с помощью пакета программ Е! ес1гошса %ог1сЬепсЬ. 108 Наиболее распространенной является трехточечная схема авто- генератора, представленная в двух вариантах на рис. 8.4, а, б. Первая из схем (см. рис.
8.4, а) называется емкостной, в ней модуль коэффициента обратной связи К = С,/С; вторая (см. рис. 8.4, 6) - - индуктивной, в ней модуль К = 1. / 1.г Обе схемы могут рассматриваться и как эквивалентные по отношению к двухконтурной (рис. 8.4, в) и иным схемам автогенератора. 8.2. Автогеиератор с параметрической стабилизацией Схемы автогенераторов с параметрической стабилизацией частоты называются также бескварцевыми. Первая такая схема автогенератора — трехточечная с емкостной связью — приведена на рис. 8.5.
Рис. 8.5 Контроль за работой схемы осуществляется с помощью амперметра постоянного тока и двухлучевого осциллографа. Коэффициент обратной связи автогенератора К = С,/С = 0,5 мкФ/0,5 мкФ = 1, частотаавтоколебаний: 1 712 кГц. 2я 0,2 10 6 0,5х10 0,5 10 /10,5 10 6+0,5.10 ) 109 (В формулу индуктивность подставляется в Гн, емкость в Ф.) Осциллограммы, снятые в двух точках автогенератора, приведены на рис. 8.б. Из осциллограмм следует, что колебания на базе и коллекторе транзистора находятся в противофазе. С помощью осциллограмм определим частоту генерируемых колебаний. При цене одного деления 0,5 мкс длительность периода колебаний составляет: Т = 0,5 2,8 = 1,4 мкс, что соответствует частоте Г= И,4 мкс = = 714 кГц.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
