Нелинейное резонансное усиление и умножение частоты

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ И УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ

Цель работы: исследование нелинейного апериодического и резонансного усилителя и умножителя частоты. Снятие колебательных характеристик нелинейного элемента – транзистора при различных смещениях, определение коэффициента усиления в режиме удвоения и утроения частоты.

Приборы и оборудование: базовый блок и сменное устройство. В сменном устройстве расположены нелинейный усилитель, нагрузку и режим которого можно изменять, и последовательный диодный детектор.

Рис. 1. Эквивалентная схема нелинейного резонансного усилителя

             

Рис. 2. Вольт-амперная характеристика транзистора КТ-315 и ее кусочно-линейная аппроксимация

ВАРИАНТ 1
СК, пФ	1 051	RЭ, кОм	4.7
С1, пФ	10 000	R1, кОм	20
С2, пФ	20 000	R2, кОм	100
LК, мкГн	650	2Dx, кГц	10
P=0.4

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

Характеристическое сопротивление контура:

Добротность:

Эквивалентное сопротивление контура при резонансе:

Колебательные характеристики:

Uб0=0.4 В			Uб0=0.6 В			Uб0=0.8 В
Uбм, В	q, град	Uкм, В	Uбм, В	q, град	Uкм, В	Uбм, В	q, град	Uкм, В
0.225	0	0	0.025	0	0	0.175	180	35.95496
0.325	46.18694	16.94836	0.125	78.46304	11.16702	0.225	141.0576	36.35212
0.425	58.03428	27.93494	0.225	83.62063	21.44719	0.325	122.5790	45.64069
0.525	64.62307	38.49329	0.325	85.58827	32.72171	0.425	114.3157	55.63736
0.625	68.89980	48.91298	0.425	86.62771	41.99519	0.525	109.4712	65.78889
0.725	71.91999	59.27216	0.625	87.70756	62.54137	0.625	106.2602	75.99695
0.825	74.17338	69.60033	0.825	88.26350	83.08724	0.725	103.9680	86.23096
1.000	76.99712	87.63639	1.325	88.91888	134.4516	1.000	100.0787	114.4292
1.500	81.37307	139.0683	1.500	89.04503	152.4291	1.500	96.69977	165.7620

Рис. 3. Колебательные характеристики при различных значениях базового смещения

Значения U_бм усилителя, соответствующие заданным углам отсечки и напряжения смещения:

q=180о			q=120о			q=60о
Uб0, В	U0, В	Uбм, В	Uб0, В	U0, В	Uбм, В	Uб0, В	U0, В	Uбм, В
0.800	0.625	0.175	0.600	0.625	0.350	0.400	0.625	0.450

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

fг=195 кГц
Uб0=0.4 В		Uб0=0.6 В		Uб0=0.8 В
Uбм	Uкм	Uбм	Uкм	Uбм	Uкм
0.4	0.20	0.4	0.30	0.4	0.30
0.6	0.27	0.6	0.44	0.6	0.46
0.7	0.30	0.8	0.55	0.8	0.60
0.8	0.35	1.0	0.65	1.0	0.68
1.0	0.40	1.2	0.72	1.2	0.82
1.2	0.48	1.4	0.80	1.4	1.00

Рис. 4. Колебательные характеристики нелинейного резонансного усилителя на частоте 195 кГц

Рис. 5. Амплитудные характеристики нелинейного резонансного усилителя на частоте 195 кГц

fг=193 кГц
Uб0=0.8 В		Uб0=0.6 В		Uб0=0.4 В
Uбм	Uкм	Uбм	Uкм	Uбм	Uкм
0.2	1.5	0.2	1.7	0.2	1.2
0.3	2.1	0.3	2.1	0.3	1.9
0.4	3.0	0.4	3.0	0.4	2.1
0.5	3.5	0.5	3.5	0.5	2.6
0.6	4.0	0.6	3.6	0.6	3.0
0.7	4.1	0.7	4.1	0.7	3.2
0.8	4.4	0.8	4.1	0.8	3.6
0.9	4.7	0.9	4.1	0.9	3.8
1.0	4.1	1.0	4.1	1.0	4.0

Рис. 6. Колебательные характеристики нелинейного резонансного усилителя на частоте 193 кГц

Рис. 7. Амплитудные характеристики нелинейного резонансного усилителя на частоте 193 кГц

	ОСНОВНАЯ ЧАСТОТА	УДВОЕНИЕ ЧАСТОТЫ	УТРОЕНИЕ ЧАСТОТЫ
Uвх, В	1.400	1.200	1.400
Uвых, В	4.400	5.000	5.000
Ku	3.14	4.17	3.570
fг, кГц	192	96	64

               

Рис. 8. Эпюры выходного напряжения при снятии с контура при удвоении и утроении частоты соответственно

               

Рис. 9. Эпюры выходного напряжения на сопротивлении при удвоении и утроении частоты соответственно 

Вывод:проделав данную работу,мы убедились в возможности умножения частоты сигнала при использовании нелинейного элемента (транзистора), нагруженного на избирательную цепь (колебательный контур). Вместе с тем, искажения, вносимые в спектр исходного колебания (одно-, двухстороннее ограничение и др.), говорят о неприемлемости использования данной схемы для прохождения аналоговых информационных сигналов. Что касается усиления, то схема показала стабильное увеличение выходного напряжения относительно входного во всех режимах, причем максимум усиления достигался при удвоении частоты.