Изучение основных закономерностей преобразования частоты

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЧАСТОТЫ

Цель работы: изучение основных закономерностей преобразования частоты. В работе снимается зависимость коэффициента преобразования от напряжения смещения, исследуются спектры сигналов на выходе преобразователя при большой и малой амплитудах гетеродина.

Приборы и оборудование: базовый блок и сменное устройство. В сменном устройстве находятся нелинейный элемент – транзистор, гетеродин, генерирующий колебания с частотой f_г, фильтр промежуточной частоты, настроенный на частоту f_п, фильтр нижних частот, органы коммутации и регулировки.

 

Рис. 1 – Структурная и принципиальная схемы преобразователя частоты

Параметры лабораторного макета:

L_к=750 мкГн

C_к=2200 пФ

f_г=250±2 кГц

U_г=10 мВ (малая)

U_г=250 мВ (большая)

R_н=3 кОм

Максимальная амплитуда сигнала на выходе будет иметь место в тех случаях, когда промежуточная (выходная) частота  будет равна частоте резонанса колебательного контура:

Таким образом, из условия для квадратичного преобразования:

Рис. 2 – Зависимость крутизны характеристики по постоянному току от напряжения на базе

 

Частоты сигнала, отвечающие условию резонанса на выходе транзистора:

На большом сигнале условие для промежуточной частоты следующее:

Значит частота сигнала:

Так как крутизна преобразования равна половине амплитуды первой гармоники дифференциальной крутизны параметрического элемента:

Напряжение на выходе преобразователя в режиме преобразования частоты будет описываться следующим образом:

Положим U_с=1 мВ, тогда зависимость U_вых(U_б0):

Рис. 3 – Зависимость напряжения на выходе преобразователя от напряжения смещения в режиме преобразования

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

Снимаем зависимость напряжения на выходе преобразователя от напряжения смещения U_вых(U_б0) в режиме прямого прохождения при U_с=10 мВ, f_с=f_п и выключенном гетеродине:

Uб0, В	Uвых, мВ
0	2.0
0.40	3.0
0.50	3.5
0.58	4.0
0.68	4.5
0.76	5.0
0.92	6.0
0.95	8.0

Рис. 4 – Зависимость напряжения на выходе преобразователя от напряжения смещения

Выбираем рабочую точку на середине линейного участка зависимости U_вых(U_б0): U_б0=0.65 В

Снимаем и строим зависимость напряжения на выходе преобразователя от частоты сигнала при U_с=10 мВ:

малая амплитуда		большая амплитуда
fс, кГц	Uвых, мВ	fс, кГц	Uвых, мВ
123	40	178	83
183	40	363	80
830	25	400	95

Рис. 5 – Частоты сигнала, дающие максимумы напряжения на выходе преобразователя

Фиксируем осциллограммы АМ-напряжения на выходе преобразователя при U_с=10 мВ, M=30 %, F=400 Гц, большой амплитуде гетеродина и смещении U_б0=0.5 В:

          

Снимаем зависимость U_вых(U_б0) при большой амплитуде гетеродина:

Uб0, В	Uвых, В
0	1.10
0.1	1.50
0.2	1.60
0.3	1.60
0.4	1.60
0.6	1.75
0.8	2.00
1.0	2.50

Рис. 6 – Зависимость выходного напряжения преобразователя от величины смещения при большой U_г

Рассчитываем зависимость коэффициента преобразования от смещения К_пр(U_б0), используя результаты, полученные выше:

Uб0, В	Кпр
0	110
0.1	150
0.2	160
0.3	160
0.4	160
0.6	175
0.8	200
1.0	250

Рис. 7 – Зависимость коэффициента преобразования от величины смещения при большой U_г

Вывод: проделав данную работу, мы изучили основные физические принципы преобразования частоты несущей АМ-колебания; определили частоты сигнала, дающие максимальный коэффициент передачи преобразователя и зафиксировали эпюры преобразованного сигнала, который (как и следует из теории) не меняя формы огибающей, заполнялся частотой, отличной от входной.