Изучение принципов реализации коллекторного амплитудного модулятора, принципа его действия и основных рабочих режимов

КОЛЛЕКТОРНЫЙ АМПЛИТУДНЫЙ МОДУЛЯТОР

Лабораторная работа по курсу «Практикум по САПР»

Цель работы: Изучение принципов реализации коллекторного амплитудного модулятора, принципа его действия и основных рабочих режимов.

1. Подготовка к лабораторной работе

1.1. В процессе подготовки к выполнению данной лабораторной работы каждый студент должен используя техническую литературу, конспекты лекций и данное пособие изучить основы теории работы коллекторного модулятора и самостоятельно подготовить в электронной или рукописной форме заготовку отчета. Последняя должна содержать титульный лист, цель работы, краткие теоретические сведения и лабораторное задание.

Необходимо разобрать следующие теоретические вопросы:

- принципы работы коллекторного модулятора,

- электрические схемы модуляторов основных видов.

1.2. Описание лабораторной установки.

Лабораторная работа выполняется методом компьютерного моделирования с использованием пакета Electronics Workbench.

1.2.1. Схема исследуемого коллекторного амплитудного модулятора.

В схеме коллекторного модулятора высокочастотный трансформатор отсутствует и напряжение несущих колебаний подается на базу транзистора через конденсатор Cr1. Делитель R1, R2 используется вместо источника смещения в базовом модуляторе. Влияние базового смещения на модуляционную характеристику в коллекторном модуляторе меньше чем в базовом модуляторе. Поэтому величина смещения может выбираться исходя из соображений уменьшения мощности, рассеиваемой в транзисторе. Это позволяет применить резонансное усиление в режиме класса С, что соответствует углу отсечки 60 градусов.

Модулирующий сигнал низкой частоты имитируется гармоническими колебаниями от источника Umod. Эти колебания, управляющие модуляцией, подаются на коллектор транзистора через низкочастотный трансформатор TrAudio с коэффициентом трансформации .2/1 типа audio/ideal. Свойства трансформаторов в лабораторной схеме подобраны исходя из возможностей моделирующего пакета.

В модели используется такой же трансформатор, как и в базовом модуляторе, потому что требования к частотным характеристикам трансформаторов в обоих случаях одинаковы. В реальной схеме коллекторного модулятора потребовался бы трансформатор низкой частоты значительно большей мощности и габаритов, чем в первом случае.

Транзистор при моделировании используется идеальный. Для измерения тока коллектора в схеме предусмотрен резистор Rsh с сопротивлением 10 Ом, не влияющий на работу схемы, но позволяющий измерять ток с помощью осциллографа. В схеме имеется еще одно сопротивление величиной 10 Ом. Оно является вспомогательным и обеспечивает снижение добротности нежелательного колебательного контура, самопроизвольно образующегося последовательным соединением конденсатора Cbl и эквивалентной паразитной индуктивности рассеяния обмоток трансформатора TrAudio. Транзистор, трансформаторы и параметры этих сопротивлений для всех вариантов задания одинаковы и в процессе отладки изменений не требуют.

Значения несущей частоты, частоты модуляции, характеристическое сопротивление колебательного контура величина напряжения питания и сопротивления нагрузки принимаются такими же как и в случае базового модулятора. Недостающие параметры элементов схемы рассчитываются студентами самостоятельно.

2. Лабораторное задание

2.1. Составить на рабочем поле моделирующего пакета схему коллекторного модулятора. Задать параметры элементов схемы в соответствии с расчетом.

2.2. Отладить работу модулятора в режиме резонансного усиления.

2.2.1. Для этого установить Un=20мВ, а источник модулирующих колебаний заменить перемычкой. С помощью подбора величины смещения добиться, чтобы транзистор был в отпертом состоянии с постоянной составляющей тока коллектора около 1мА.

2.2.2. Проверить рабочую частоту, сняв амплитудно-частотную характеристику каскада от входа для Un до коллектора транзистора или выхода модулятора. Ширина полосы пропускания резонансного контура LkCk должна быть в 2-3 раза больше ширины спектра модулированного колебания.

2.2.3. Наладить работу каскада в режиме амплитудной модуляции и установить максимальную амплитуду выходных модулированных колебаний, при которой искажения еще отсутствуют. Для этого надо восстановить источник модулирующих колебаний и получить на коллекторе амплитуду низкочастотного напряжения Um=0.9-0.95Ep, а амплитуду высокочастотного – 1.8-1.9Ep. Все напряжения контролировать по осциллографу, пользуясь открытым входом

2.2.4. Уменьшая напряжение базового смещения, установить угол отсечки тока транзистора близкий к 60° при максимально возможной амплитуде модулированных колебаний на коллекторе. Напряжение Un требуется корректировать, чтобы не появлялись искажения формы несущих колебаний и огибающей на выходе модулятора, т.е сохраняя прежнюю амплитуду модулированных колебаний на коллекторе транзистора.

2.2.5. Для подтверждения правильности настройки снять необходимые осциллограммы тока транзистора, напряжения на коллекторе и на нагрузке.

2.3. Исследовать процесс преобразования спектров сигналов при коллекторной амплитудной модуляции. Для этого:

Получить на выходе АМ – колебания с глубиной модуляции 30%.

Снять спектры тока транзистора и напряжения на нагрузке.

Проанализировать спектры и сделать выводы. Если необходимо, добавить вручную на графиках спектры входных колебаний.

2.4. Снять модуляционную характеристику коллекторного модулятора, меняя величину напряжения коллекторного питания транзистора при нулевой амплитуде модулирующего колебания.

2.5.. Сравнить модуляционные характеристики базового и коллекторного модуляторов и сделать по полученным графикам сравнительные выводы о свойствах базового и коллекторного модуляторов.

3. Вопросы для самоконтроля

3.1. На основе какого типового каскада строится коллекторный модулятор, и какие особенности рабочих режимов характерны для него в отличие от обычных усилителей?

3.2. Изобразите по памяти схему коллекторного модулятора и определите функции, выполняемые каждым элементом схемы. 

3.4. Объясните принцип работы коллекторного модулятора с помощью временных диаграмм.

3.5.На какой параметр рабочего режима каскада воздействует модулирующий сигнал для получения эффекта амплитудной модуляции?

3.6. Почему угол отсечки в коллекторном модуляторе выбирается 60 градусов?

Л И Т Е Р А Т У Р А

Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники: Учеб. Пособие для студентов вузов по спец. «Констр. и производство радиоаппаратуры». – М.: Высш. шк., 1988. Стр.293 – 296

Нефедов В. И. Основы радиоэлектроники и связи: Учебник для вузов – М.: Высш. Шк., 2002. Стр.291 – 295