Исследование основных характеристик преобразователя частоты

ЛАБОРАТОРНА РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЧАСТОТЫ

2.1. Предварительная подготовка к работе

2.1.1. Теоретическая подготовка к работе

При подготовке к работе следует обратить внимание на понимание физических процессов, происходящих в смесителе, появление дополнительных каналов приема, знать способы их подавления в радиоприемниках, уметь определять коэффициенты передачи смесителя для различных каналов.

                                  Контрольные вопросы

1.  Для каких цепей используется преобразование частоты в радиоприёмниках?

2.  Обоснуйте выбор значений промежуточной частоты?

3.  Понятие о крутизне преобразования, т. Е. связь с параметрами активного элемента. Определите значение крутизны преобразования для канала прямого прохождения при задании проходной характеристики прибора в виде: I = a+bu+cu².

4.  Дополнительные каналы приёма, причина их возникновения, борьба с ними.

5.  Спектральные характеристики преобразователя частоты при верхней и нижней настройке гетеродина для радиоприёмника работающего в диапазоне частот.

6.  От чего и как зависит избирательность приёмника по зеркальному каналу?

7.  Структурные схемы приёмников с двойным преобразованием частоты, какие цели при этом преследуются. Объясните выбор значений промежуточных частот в таких приёмниках.

Моделирование преобразователя частоты в системе Micro-Cap

Описание исследуемой модели

Укрупненная структурная схема анализируемого узла представлена на рисунке 2.1. В качестве источника сигнала используется генератор с линейно изменяющейся частотой. При этом совпадение частот входного сигнала (в какой-то момент времени) и дополнительного канала приема будет приводить к увеличению уровня выходного сигнала. Коэффициенты преобразования для дополнительных каналов приёма определяются из соотношения значений максимумов амплитуды сигнала на выходе к значению амплитуды входного сигнала. Частоты дополнительных каналов приёма определяются как произведение временного положения максимумов сигнала на выходе и крутизны изменения частоты входного сигнала.

 

Рис. 2.1.

Содержание и выполнение работы

1. В главном окне программы необходимо набрать схему в соответствии с номером варианта (см. таб. 2.1 и рис. 2.2).

2.1. В качестве источника сигнала следует выбрать источник напряжения NFV, напряжение на котором задается аналитическим выражением (Команда меню Component/ Analog Primitives/ Function Sources/ NFV). В поле Value (значение) необходимо записать: 10m*SIN(PI*1E9*T*T). Для задания источника питания используется источник постоянного напряжения – Battery (Команда меню Component/ Analog Primitives/ Waveform Sources/ Battery). В качестве источника сигнала гетеродина следует выбрать источник переменного напряжения V (Команда меню Component/ Analog Primitives/ Waveform Sources/ V). В поле Value (значение) необходимо записать: SIN 0 100m Fг, где Fг – значение частоты гетеродина, указанное в задании на ваш вариант.

2.2. Для подсоединения общего провода используется компонент Ground (земля) (Команда меню Component/ Analog Primitives/ Connectors/ Ground). Соединения компонентов осуществляется с помощью «провода» (Wire Mode) (Команда меню Options/ Mode/ Wire). Изменение положения компонентов – в режиме выбора (Select Mode) (Команда меню Options/ Mode/ Select).

2.3. Подключение в схему резисторов (Resistor) и конденсаторов (Capacitor) осуществляется выбором соответствующего компонента (Команда меню Component/ Analog Primitives/ Passive Components/ Resistor или Capacitor). Причем значение (Value) сопротивления или емкости задается в виде множителя и непосредственно следующего за ним порядка (без пробела). Например, 10 кОм можно записать: 10k или 10е3, а 10 пФ как 10p или 10е-12.

2.4. Для реализации трансформаторной связи используется идеальный трансформатор (Transformer) (Команда меню Component/ Analog Primitives/ Passive Components/ Transformer). Значение параметров (Value) трансформатора задается в виде [L1, L2, p] (скобки не ставятся), где L1 и L2 – соответственно индуктивности первой и второй обмоток; p – коэффициент передачи трансформатора.

2.5. Поскольку номера узлов при перекомпоновке схемы могут измениться, целесообразно вводить текстовое обозначение узлов, соответствующих входу и выходу схемы (input, output). Оно осуществляется в текстовом режиме (Text Mode) (Команда меню Options/ Mode/ Text).

2.6. Для подключения в схему транзистора необходимо выбрать транзистор NPN (Команда меню Component/ Analog Primitives/ Active Devices/ NPN) модель КТ315В (поле Model).

3. Смоделировать сигнал на выходе преобразователя, используя режим переходных процессов.

3.1. Прейти в режим расчета переходных процессов «Transient Analysis» (Команда меню Analysis/ Transient...).

3.2. В соответствии с рис. 2.4 установить параметры моделирования: Time Range (диапазон времени, в котором производится моделирование), Maximum Time Step (максимальный шаг по времени), Auto Scale Ranges (автоматическое масштабирование по осям X и Y), P (номер графика), X Expression (переменная, значения которой откладываются по оси Х) и Y Expression (выражение, результат которого откладывается по оси Y).

3.3. Запустить режим расчета переходных процессов «Transient Analysis» (Команда меню Transient / Run).

Т а б л и ц а 2.1.

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8
Частота гетеродина,                        кГц	1965	2065	2265	2465	2665	2865	2965	3065
Cвх1 и Cвх2, пФ	37.04	32.55	25.7	20.8	17.2	14.5	13.3	12.3

9	10	11	12
3265	3465	3665	3865
10.6	9.26	8.14	7.2

Для всех вариантов промежуточная частота, 465 кГц

4. Найти коэффициенты преобразования и частоты для пяти каналов приема (канала прямого прохождения, основного и зеркального канала, а также каналов образованных на второй гармонике гетеродина).

4.1. Для определения частоты и коэффициента преобразования необходимо подвести стрелку курсора к максимуму огибающей выходного сигнала, соответствующему этому каналу. При этом на желтом фоне появятся два значения – частотного положения и напряжения. Для расчета частоты необходимо умножить частотное положение на 1е+9. Для расчета коэффициента преобразования необходимо значение напряжения выходного сигнала разделить на значение амплитуды входного (т.е. разделить на 10 мВ).

4.2. На основе полученных данных заполнить таблицу 2.2.

4.3. Выйти из режима расчета частотных характеристик «Transient Analysis» (Команда меню Transient / Exit Analysis).

5. Изменить схему в соответствии с рис. 2.3. и, по аналогии с пунктами 3 и 4, используя режим переходных процессов, измерить коэффициенты передачи для трех каналов: канала прямого прохождения, основного и зеркального канала. Полученные данные занести в таблицу 2.4. Исходя из данных в табл. 2.3 и 2.4 рассчитать селективности преселектора по каналу прямого прохождения и зеркальному каналу.

Se_{преселектора}= Se_{преселектора и преобразователя} - Se_{преобразователя} [дБ].

Результаты занести в табл. 2.3.

6. Выйти из режима расчета частотных характеристик «Transient Analysis» (Команда меню Transient / Exit Analysis). Закрыть программу Micro-Cap (Команда меню File/ Exit).

 

                                                          Рис. 2.2.

    

                                                          Рис. 2.3.

Рис. 2.4.

Т а б л и ц а 2.2

Название канала	Прямого прохождения	Основной	Зеркальный	На второй гармонике гетеродина
Кпреоб
f

Т а б л и ц а 2.3

Название канала	Прямого прохождения	Основной	Зеркальный
Кпреоб
f
Seпреселектора, дБ		0