Методические указания к лабораторным работам № 1-6 по дисциплине "Радиотехнические цепи и сигналы" (Гармонический анализ периодических импульсных последовательностей. Исследование преобразования гармонического колебания нелинейным элементом с кусочно-линейной амплитудной характеристикой), страница 9

на его выходе формируется периодическая последовательность импульсов, представляющих собой отрезки косинусоидального колебания ( рис.6.1. ).  Такие импульсы имеют спектральные составляющие основной F_о  и кратных частот nF_o входного колебания (см. лабораторную работу №I). Нелинейное преобразование используется для оптимального выделения гармоник при n = 0,1,2,5 и т.д.

Рис. 6.1

Академик А.И.Берг показал, что амплитуда n-ой гармоники A_n в спектре косинусоидальных импульсов ( при заданной в соответствии с рис.6.1 амплитуде выходного импульса Е_м=к(E_o+U_м) зависит только от угла отсечки Q, представляющим скважность формируемых импульсов:

        (6.3)

Зависимости   А_n (Q)  обычно представляются в нормированной форме a_n=A_n/E_m.   пpи n= 0, I, 2,3 ... и имеют вид

              (6.4)

Устройства, выделяющие вторую и третью гармоники, используются в умножителях частоты.

Выделение первой гармоники из состава косинусоидальных импульсов используется в мощных каскадах радиоустройств, поскольку при этом отношение g(Q)=a₁(Q)/a₂(Q) определяющее к. п.д. нелинейной схемы, оказывается выше, чем для линейной. Типичной величиной при этом является  Q = 90°    (двухтактные схемы ).

Целью настоящей лабораторной работы является экспериментальное измерение зависимостей ( 6.4. ).

6.2. Описание экспериментальной установки.

Лабораторная установка включает генератор гармонического сигнала, напряжение которого подается на вход нелинейного элемента использующего операционный усилитель   и,   поэтому   требующего включения напряжения питания установки. Выходное напряжение нелинейного элемента наблюдается на экране электронного осциллографа, с помощью которого определяется величина угла отсечки по соотношению (6.3.).

Гармонический анализ   формируемых    косинусоидальных    импульсов производится с помощью перестраиваемого фильтра как в лабораторной работе №1; в результате анализа определяют зависимости A_n(Q) .

6.3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

При подготовке к работе с помощью соотношений (6.4) рассчитать зависимости an(Q) для n=0 ,1, 2 , 3 , а также отношение g(Q)=a₁(Q)/a₀(Q) в диапазоне изменения углов от 0 с шагом p/8 . Построить рассчитанные соотношения в совмещенной системе, координат a_n (Q) .

6.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

При выполнении работы установить входное напряжение с частотой, использованной в лабораторной работе №1. С помощью напряжения смещения Е нелинейного элемента установить угол отсечки 180° и определить в этих условиях максимально возможную амплитуду входного напряжения U_m , при которой   отсутствуют   нелинейные искажения в максимуме и минимуме гармонического напряжения на экране осциллографа. Эту   амплитуду напряжения использовать в дальнейшей работе.

Изменяя напряжение Е_о, обеспечить режим отсечки и определить соответствующее   значение угла Q по экрану осциллографа. При каждом значении определить амплитуду гармоник An с помощью перестраиваемого фильтра. Использовать 8-10 отсчетных точек по Q, при этом строгое совпадение с величинами Q, использованных при предварительных расчетах не обязательно. Построить экспериментальные диаграммы в совмещенной системе координат с расчетными. Сделать выводы по работе. Обратить внимание на величину g(Q) при =90^о. Эта величина определяет к.п.д. усилителя.

6.5. ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать:

- структурную схему экспериментальной установки;

- расчеты зависимости an(Q) Для n=0,1,2,3, g(Q); графики;

- экспериментально снятые зависимости Аn(Q), сведенную в таблицу; графики;

- выводы по работе.

6.6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое нелинейный безынерционный элемент?

2. Что такое угол отсечки, как он зависит от скважности формируемых импульсов?

3. Каковы частоты гармонических составляющих выходного сигнала нелинейного безынерционного элемента с кусочно-линейной вольтамперной характеристикой, когда на его входе действует гармоническое колебание с частотой F_о

4. Что такое коэффициенты Берга "n"-ого порядка?

5. При каком угле отсечки коэффициенты Берга первого порядка максимальны?

6. При каких углах отсечки максимальны коэффициенты Берга порядка выше первого?

7. Какова взаимосвязь коэффициента полезного действия усилителя с отсечкой коллекторного тока и g(Q)=a₁(Q)/a₀(Q)?