Выполнение лабораторных (практических ) работ по черчению
Лабораторные работы Примеры расчета типовых задач Расчетно-графическая работа Электрические цепи постоянного и переменного тока

Лабораторные работы, примеры расчета типовых задач по электротехнике

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6

Амплитудная модуляция

Цель работы: исследование физических процессов при амплитудной модуляции смещением. В работе изучается схема модулятора на полевом транзисторе, снимается статическая и динамическая характеристики макета модулятора.

Общие сведения

При передаче информации по радиоканалу используются высокочастотные колебания, у которых один из параметров изменяется в соответствии с изменением передаваемого сообщения. Таким параметром может быть амплитуда колебаний и тогда мы имеем дело с амплитудной модуляцией (АМ).

Найти частоту малых свободных колебаний Подготовка к контрольной

Аналитическое выражение для тонального АМ-колебания, т.е. передающего низкочастотный гармонический сигнал, имеет вид

u(t) = u0[1 + McosWt] cos(w0t + j0).

Здесь u0 – амплитуда колебаний при отсутствии передаваемого низкочастотного сигнала (амплитуда несущего колебания); М = u/u0 – коэффициент модуляции АМ-колебания; Du – максимальное изменение амплитуды высокочастотного колебания; w0 – частота высокочастотного колебания (частота несущего колебания); W – частота передаваемого сигнала.

Рисунок 6.1

Передаваемый сигнал (а) и соответствующее ему АМ - колебание (б) приведены на рисунке 6.1.

Для получения АМ - колебания необходимо устройство, у которого можно изменять коэффициент передачи с помощью модулирующего сигнала. Таким устройством может быть транзисторный усилитель, у которого под действием модулирующего сигнала изменяется положение рабочей точки.

Упрощенная схема транзисторного модулируемого усилителя на полевом транзисторе с модуляцией смещением приведена на рисунке 6.2. К затвору транзистора подводятся: а) постоянное напряжение смещения, определяющее рабочую точку; б) низкочастотный модулирующий сигнал, управляемый изменением средней крутизны сток - затворной характеристики полевого транзистора; в) высокочастотное колебание, для которого усилитель можно рассматривать как усилитель с переменным коэффициентом усиления, управляемым модулирующим напряжением. В стоковую цепь транзистора введен резонансный параллельный контур LC, имеющий резонансную частоту, совпадающую с частотой несущего колебания, т.е. ωр = ωо.

В этом случае схема является усилителем только напряжения Uf, а модулирующее напряжение UF управляет усилением.

Рисунок 6.2

Работа модулятора, когда сток - затворная характеристика транзистора имеет кусочно-линейную аппроксимацию, приведена на рис. 6.3.

Для оценки качества воспроизведения модулирующего сигнала огибающей АМ - колебания удобно пользоваться статическими и динамическими модуляционными характеристиками. Статическую модуляционную характеристику Umi = f(Uз) снимают без моделирующего напряжения при постоянной амплитуде высокочастотного колебания. Примерный вид ее показан на рисунке 6.4а.

Рисунок 6.3

По статической характеристике можно определить: 1) оптимальное значение постоянного напряжения смещения Uзо как середину линейного участка АВ и 2) амплитуду напряжения модулирующего сигнала, не дающего значительных искажений как (UА-UB)/2. К динамическим характеристикам относят: 1) зависимость коэффициента модуляции от амплитуды модулирующего напряжения, т.е. М = f(Uf), которая снимается при постоянной амплитуде несущего колебания (рисунок 6.4б); 2) зависимость коэффициента модуляции от частоты модулирующего напряжения, т.е. М = f(F) (рисунок 6.5). По динамическим характеристикам можно определить нелинейные и частотные искажения, вносимые в канал передачи сигнала модулятором.

Рисунок 6.4

Рисунок 6.5

Домашнее задание

1. Привести принципиальную схему амплитудного модулятора на полевом транзисторе. Объяснить назначение ее элементов.

2. Используя кусочно-линейную аппроксимацию характеристики полевого транзистора (см. рисунок 6.3 а), составить программу на языке Бейсик для расчета статической модуляционной характеристики Umi = f(Uз=). Исходными данными для расчета являются: крутизна передаточной характеристики S, амплитуда выходного высокочастотного колебания Umf, напряжение отсечки полевого транзистора Е0.

Кусочно - линейная аппроксимация позволяет найти амплитуду тока первой гармоники

как функцию угла отсечки q:

Im1 = Ima(q).

В отсутствии модулирующего напряжения Im и q не изменяются и являются функциями постоянного напряжения на затворе Uз=, α1(q) - коэффициент Берга.

Ток

Im = umf(1 - cosq) S

С учетом этих соотношений можно найти

В свою очередь, угол отсечки

3. Описание лабораторного макета

Принципиальная схема макета амплитудного модулятора приведена на рисунке 6.6. Макет работает на полевом транзисторе типа КП302. На затвор транзистора подается постоянное отрицательное напряжение с делителя R5, R3, R4, которое можно регулировать потенциометром R3. Модулирующее напряжение с гнезд «Uf» подается на делитель R9, R10 и затем через конденсатор С2 на затвор транзистора. Высокочастотное напряжение с гнезд «Uf» через конденсатор С1 подается непосредственно на затвор. С помощью тумблера SA1 можно подключить осциллограф либо к стоку транзистора, либо к истоку. В положении «1» сигнал снимается с колебательного контура, в положении «2» с резистора R6 = 80 Ом. Вольтметр «V» измеряет падение напряжения на части резистора R3. Общее постоянное напряжение между затвором и истоком

Uз = -(Uв + UR4 – UR6),

где Uв - показатель вольтметра (UR4 = 3В).

Рисунок 6.6

Порядок выполнения работы

1. Снять передаточную характеристику полевого транзистора, используемого в модуляторе, т.е. зависимость стока Iс от напряжения на затворе Uз=.

1.1. Подключить к выходным клеммам модулятора вольтметр постоянного тока или осциллограф с открытым входом, переключатель SA1 поставить в положение «2».

1.2. Изменяя потенциометром R3 напряжение на затворе транзистора, снять зависимость I0=f(Uз).

Ток стока рассчитывается по формуле

Ic = Iи = Uи/R6.

Данные измерений и расчета свести в таблицу параметров Uз= и Ic. Построить передаточную характеристику Ic = f(Uз=). Определить по графику крутизну S и напряжение отсечки E0.

1.3. Используя значение S и Е0, рассчитывать статические модуляционные характеристики в соответствии с домашним заданием для напряжений высокой частоты Umf = 0,5 В и 1 В (с помощью ПК).

2. Снять экспериментальные статические модуляционные характеристики усилителя при действии на входе высокочастотного колебания с частотой равной резонансной частоте контура в цепи стока и амплитудами 0,5 В и 1,0В.

 2.1. Подключить генератор ВЧ к гнездам «Uf», вольтметр переменного тока или осциллограф к гнездам «UМ» ЛМ. Переключатель SA1 поставить в положение «1».

2.2. Установить выходное напряжение генератора ВЧ равным 1В. Изменяя частоту генератора, добиться совпадения частоты генератора с резонансной частотой контура. При этом выходное напряжение Uк максимально.

2.3. Снять и построить модуляционные характеристики, т.е. зависимости Uк = f(Uз=) при двух амплитудах ВЧ колебаний (1В и 0,5 В). Напряжение на затворе Uз= = - (Uв + UR4), где Uв - показание вольтметра.

Сравнить расчетные модуляционные характеристики по п.1.3 с данными эксперимента.

Определить оптимальное напряжение смешения Uз0, соответствующее середине линейного участка модуляционной характеристики.

3. Снять динамическую модуляционную характеристику - зависимость коэффициента модуляции М от амплитуды модулирующего напряжения Umf. Характеристика снимается при ω=ωр, Uз==Uз0, F=1 кГц.

3.1. Подключить к гнездам UF генератор НЧ. Установить напряжение смещения на затворе транзистора Uз0. (см.п. 2.3.). К гнездам «Uf» подключить генератор ВЧ и выставить на нем немодулированное напряжение равное 1 В. К гнездам «UМ» подключить осциллограф. Изменяя выходное напряжение генератора UF, снять зависимость М=f(Umf) . Для контроля модулирующего напряжения подключить вольтметр переменного тока к гнездам. «UF». Коэффициент модуляции М изменяется по осциллограмме напряжения на контуре (рисунок 6.1) как М=(А-В)/(А+В). Напряжение UF изменять до получения искажений АМ- колебаний.

3.2. Получив коэффициент модуляции М=50%, переключить тумблер SA1 в положение «2». Зарисовать осциллограмму тока истока (осциллограф использовать с открытым входом).

4. Снять частотную характеристику модулятора т.е. зависимость коэффициента модуляции М от частоты модулирующего сигнала F. Частотная характеристика снимается при ω=ωр, Uз==Uз0, Uf=UВ, соответствующем М=50% на частоте 1000 Гц.

5. Изменить форму модулирующего колебания, подаваемого с генератора НЧ. Зарисовать АМ колебания для различных форм модулирующего напряжения (на частоте F = 1000 Гц при М = 50%).

Содержание отчета

1. Принципиальная схема транзисторного усилителя с модуляцией смещением.

2. Результаты расчета модуляционной характеристики на ПК и программу для ее расчета.

3. Результаты экспериментального исследования модулятора в виде таблиц и графиков.

4. Выводы и оценки результатов эксперимента.

Контрольные вопросы

1. Поясните физические процессы при амплитудной модуляции смещением на полевом транзисторе.

2. Почему режим работы полевого транзистора для получения АМ должен быть нелинейным?

3. Что такое коэффициент модуляции и от чего он зависит?

4. Дайте определение статической модуляционной характеристики.

5. Как выбрать рабочую точку усилителя в модуляторе?

6. Какие причины вызывают искажения воспроизведения низкочастотного сигнала огибающей АМ - колебания?

7. Какую роль выполняет колебательный контур в цепи стока?

Рекомендуемая литература:

Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. Пособие для вузов / И.С. Гонорвский. ­ 5-е изд., испр. и доп. ­ М.:Дрофа, 2006. ­ 719 с.: ил.

Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. Для вузов по спец. «Радиотехника». ­ 3-е изд., перераб. и доп. ­ М.: Высш. шк., 2000. ­ 462 с.: ил.


Лабораторные работы, примеры расчета типовых задач по электротехнике