Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
ДОСЛІДЖЕННЯ АПЕРІОДИЧНОГО ПІДСИЛЮВАЧА.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра теоретичної радіотехніки та радіовимірювання (ТРР)
Інформація про роботу
Рік:
2003
Тип роботи:
Методичні вказівки до лабораторної роботи
Предмет:
Сигнали та процеси в радіоелектроніці
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра теоретичної радіотехніки і радіовимірювань
ДОСЛІДЖЕННЯ АПЕРІОДИЧНОГО ПІДСИЛЮВАЧА
Методичні вказівки до лабораторної роботи № 10
з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці”
для студентів базового напряму “Радіотехніка”
ЗАТВЕРДЖЕНО
на засіданні кафедри
“Теоретична радіотехніка
та радіовимірювання”
Протокол № 5 від 30 грудня 2003 р.
Львів 2003
Дослідження аперіодичного підсилювача. Методичні вказівки до лабораторної роботи № 10 з предмету “Сигнали та процеси в радіоелектроніці” для студентів базового напряму “Радіотехніка” /Упорядники: Желяк Р.І., Мелень М.В.- Львів: НУ ЛП, 2003. - с. 11.
Упорядники: Желяк Р.І., доц., канд. техн. наук,
Мелень М.В., доц., канд. техн. наук.
Рецензенти: Волочій Б.Ю., доц., канд. техн. наук,
Бондарєв А.П., доц., канд. техн. наук.
Відповідальний за випуск: Надобко О.В., доц., канд. техн. наук.
© Желяк Р.І., Мелень М.В., 2003
МЕТА РОБОТИ
Метою роботи є дослідження процесу аперіодичного підсилення коливань в нелінійному колі при гармонічній вхідній дії.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ
Одним з найпоширеніших процесів перетворення сигналів є процес підсилення коливань. Звичайно для забезпечення такого процесу в радіоелектронному колі використовують нелінійні “активні” компоненти – електровакуумні та напівпровід-никові прилади, інтегральні мікросхеми тощо. Радіоелектронні кола, в яких здійсню-ється процес підсилення коливань називають підсилювачами. В залежності від того, яка величина вихідного сигналу є більшою від вхідної розрізняють підсилювачі напруги, струму або потужності коливань.
Підсилювач коливань може працювати у різних режимах.
При незначній інтенсивності коливань сигнал на виході підсилювача є пропорційним зміні сигналу на його вході і вважають, що підсилювач працює у лінійному режимі.
При збільшенні інтенсивності коливань на вході підсилювача внаслідок нелінійної залежності характеристик (вольт-амперних, передавальних тощо) підси-лювальних компонентів спостерігаємо порушення пропорційного зв’язку між змі-ною інтенсивності сигналів на вході і виході підсилювача.
EMBED Visio.Drawing.4
Рис. 1. Аперіодичний підсилювач на польовому транзисторі – а) та часові діаграми сигналів при дії на його вході гармонічного сигналу – б).
Як видно з рис. 1, дія на вході аперіодичного підсилювача сигналу гармонічної
форми, викликає на його виході періодичний негармонічний відгук, що свідчить про нелінійне спотворення сигналу в підсилювачі та появу у вихідному сигналі спект-ральних складових, які відсутні у вхідному сигналі. Значення амплітуд цих складо-вих легко отримаємо на підставі виразів, які наближено описують (апроксимують) властивості нелінійних характеристик підсилювача.
У випадку поліноміальної апроксимації нелінійної залежності струму стоку уніполярного транзистора від напруги на його затворі (амплітудно-передавальної характеристики (АПХ)) поліномом третьої степені
EMBED Equation.3 (1)
де a0, a1, a2, a3 - коефіцієнти апроксимації) при гармонічній дії на вході підсилювача
EMBED Equation.2 , (2)
після підстановки виразу (2) в (1), отримаємо:
EMBED Equation.3
(3)
EMBED Equation.3
З проведеного аналізу бачимо, що дія елементарного гармонічного коливання (2) на аперіодичний підсилювач, спричинює появу на його виході складного періодичного коливання, складовими якого є постійна складова U0 і гармоніки, амплітуди яких відповідно рівні:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 .
Спектр вихідного сигналу є лінійчастим (рис. 2), тобто містить ряд складових з кратними до частоти вхідного сигналу частотами (к = к0), які називають гармоніками. Номер найвищої гармоніки спектра рівний степені полінома.
Постійна складова вихідного сигналу і амплітуди парних гармонік – пов’язані з парними коефіцієнтами полінома. Амплітуда к-ої гармоніки залежить від коефі-цієнтів полінома порядку “к” і вище і не залежить від коефіцієнтів полінома порядку, меншого, ніж “к”. Аналогічно амплітуди непарних гармонік пов’язані з не-
EMBED Visio.Drawing.4
Рис. 2. Амплітудні спектральні діаграми сигналу на вході – а)
та виході – б) аперіодичного підсилювача.
парними коефіцієнтами полінома. Фаза к коливань к-ої гармоніки вихідного сигналу в “к” разів більша від значення біжучої фази вхідного сигналу вх, тобто к = квх.
Таким чином, бачимо, що при проходженні сигналу через аперіодичний підсилювач відбувається перетворення його спектра, тобто у вихідному сигналі з’являються нові спектральні складові, яких не було в спектрі вхідного сигналу. Саме вони є причиною спотворення форми сигналу, ступінь якого кількісно оцінюють коефіцієнтом гармонік. Його чисельне значення отримуємо з формули
EMBED Equation.3 . (4)
При збільшенні інтенсивності вхідного сигналу сигнал на виході аперіодичного підсилювача приймає форму періодичних імпульсів (рис. 3.). У цьому випадку зруч-но використовувати апроксимацію АПХ підсилювача кусково-лінійною функцією (кусково-лінійна апроксимація):
EMBED Equation.3 ,
а амплітуди окремих гармонік визначати з виразу EMBED Equation.3 ,
де к – номер гармоніки;
S – крутість характеристики АПХ транзистора;
EMBED Equation.3 - кут відтину, який визначається з рівняння EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 - значення напруги, яка визначає робочу точку на характеристиці АПХ тран-
зистора;
EMBED Equation.3 - значення напруги, при якій спостерігаємо злам характеристики транзистора;
EMBED Visio.Drawing.4
Рис. 3. Часові діаграми сигналів в аперіодичному підсилювачі при великому рівні вхідного сигналу.
EMBED Equation.3 - функція Берга для к-ої гармоніки. EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ).
Залежність функцій Берга від кута відтину приведено на рис. 4.
Миттєве значення напруги на виході аперіодичного підсилювача та коефіцієнт гармонік будуть описуватись виразами:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 .
З рис. 1. бачимо, що амплітуда напруги на виході аперіодичного підсилювача при незначних спотвореннях форми сигналу не перевищує значення її постійної складової і тому коефіцієнт корисної дії такого підсилювача EMBED Equation.3 не перевищує 0,5.
EMBED Visio.Drawing.4
Рис. 4. Залежності функцій Берга від кута відтину.
КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ
Що називають апроксимацією характеристики нелінійного елемента?
Які Вам відомі види апроксимації?
Як визначають спектральний склад сигналу на виході нелінійного кола?
Зобразіть якісно спектр сигналу на виході аперіодичного підсилювача кола при дії на нього гармонічного сигналу?
Поясніть причину виникнення нелінійних спотворень в аперіодичних підсилювачах (нелінійних пристроях) і вкажіть спосіб її кількісної оцінки.
Поясніть недоліки аперіодичного підсилення коливань.
РОЗРАХУНКОВЕ ЗАВДАННЯ
1. Апроксимувати АПХ нелінійного перетворювача, яка задається студентам викладачем у вигляді графіка, поліномом третього степеня та кусково-лінійною функцією і визначити коефіцієнти апроксимації а0, а1, а2 і а3.
2. За отриманими в пункті 1 результатами розрахувати залежність EMBED Equation.3 , занести результати в табл. 1. та нанести на графік.
3. Розрахувати в загальному вигляді та визначити амплітуди окремих складових спектра сигналу на виході аперіодичного підсилювача при дії на його вході сигналу EMBED Equation.3. Значення зміщення U0, амплітуди коливання EMBED Equation.3 і частоти EMBED Equation.3 задаються викладачем окремо для кожної бригади. Результати розрахунків зобразити у вигляді спектральної діаграми.
4. За даними пункту 2 розрахувати коефіцієнт гармонік.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА
При дослідженні процесу аперіодичного підсилення коливань студент повинен ознайомитись з математичним моделюванням нелінійних компонентів РЕА, видами апроксимацій їх характеристик, визначенням спектрального складу сигналів, ха-рактеристик пристрою, що розглядається.
EMBED Visio.Drawing.6
Експериментальна частина передбачає лабораторну перевірку результатів про-ведених теоретичних розрахунків спектра сигналу на виході аперіодичного підсилю-вача при дії на його вході гармонічного сигналу, а також визначення коефіцієнта нелінійних спотворень.
Експериментальні дослідження проводяться на лабораторному макеті “Неліній-не перетворення сигналів”, передня панель якого показана на рис. 5.
Рис. 5. Передня панель лабораторного макета “Нелінійне перетворення сигналів”.
Для проведення експерименту потрібно:
1. Зняти експериментально прохідну характеристику аперіодичного підсилю-вача EMBED Equation.3 . Для цього до виходу аперіодичного підсилювача (клема UВИХ1) під’єднайте вольтметр постійного струму або осцилограф. Змінюючи потенціомет-ром значення постійної напруги U0 на вході “НП” виміряйте постійну напругу на вході (клема КТ1) та виході перетворювача (клема UВИХ1). Виміряні значення напруг занесіть в таблицю 1. Вимірювання потрібно проводити при зміні U0 від режиму відтину до насичення, зменшуючи приріст U0 на нелінійних ділянках характеристи-
ки.
Таблиця 1
2. Встановити задане значення постійної складової напруги на вході неліній-ного перетворювачана “НП”. Значення величини напруги контролювати на вході нелінійного перетворювача “НП” (на клемі КТ1) за допомогою вольтметра постій-ного струму.
3. Встановити на виході генератора низькочастотних коливань задану ампліту-ду та частоту гармонічного сигналу і подати його на вхід UВХ1. Значення параметрів сигналу контролювати на вході нелінійного перетворювача “НП” (на клемі КТ1) за допомогою вольтметра змінного струму та осцилографа.
4. За допомогою селективного вольтметра виміряти амплітуди спектральних складових сигналу на вході і виході нелінійного перетворювача (клеми КТ1 і UВИХ1). Результати вимірювань занести в таблицю 2.
Таблиця 2
5. За допомогою осцилографа зняти часові залежності (осцилограми) сигналу на вході (клема КТ1) і виході нелінійного перетворювача (клема UВИХ1).
6. Встановити рівень амплітуди вхідного сигналу так, щоб аперіодичний підсилювач працював в режимі відтину коливань ( EMBED Equation.3 ). Повторіть вимірювання пунктів 3, 4 та 5 для більшого рівня амплітуди вхідного сигналу.
7. Змінюючи частоту генератора низькочастотних сигналів в діапазоні 20 Гц ... 20 кГц, зніміть частотну залежність амплітуди коливання основної гармоніки на виході аперіодичного підсилювача (клема UВИХ1). Результати вимірювань занести в таблицю 3.
Таблиця 3
ЗМІСТ ЗВІТУ
Звіт з лабораторної роботи повинен містити назву і мету лабораторної роботи, схему експерименту, результати розрахункових та експериментальних даних, спект-
ральні та часові діаграми сигналів на вході і виході аперіодичного підсилювача, порівняння отриманих результатів, висновки.
7. ЛІТЕРАТУРА
1. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Советское радио, 1986. 512 с.
2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Высш. шк., 1983. - 539 с.
3. Мандзій Б.А., Желяк Р.І. Основи теорії сигналів. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів України. /за редакцією д-ра техн. наук проф. Б.А. Мандзія. - Львів.: ЛДКФ “Атлас” 2003. - 152 c.
Навчальне видання
Дослідження аперіодичного підсилювача
Методичні вказівки до лабораторної роботи № 10 з предмету
“Сигнали та процеси в радіоелектроніці” для студентів
базового напряму “Радіотехніка”.
Упорядники: Желяк Р.І., Мелень М.В.
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора