Преобразование колебаний в нелинейных цепях (модуляция, детектирование, преобразование частоты)

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Кафедра Радиофизики

Отчет о лабораторной работе №21

Преобразование колебаний в нелинейных цепях

(модуляция, детектирование, преобразование частоты).

Выполнили: студенты группы2091/3

Семенов  Е. А.

Каспарович  А. А.

Преподаватель: Лиокумович Л.Б.

Санкт-Петербург 2005г.

Цель работы: Получение и анализ наиболее характерных  осциллограмм и спектрограмм в случае модуляции, преобразования частоты и детектирования. Изучение влияния изменения параметров элементов схем на основные характеристики преобразованных колебаний.

Пункт № 1  Исследование проходной (стоко-затворной) характеристики полевого транзистора.

После сборки схемы,  описанной в методическом пособии, на экране осциллографа нами была получена проходная характеристика полевого транзистора (см. Рис.1).

Пункт № 1.2 Исследование параметров проходной характеристики полевого транзистора

С учетом калибровочных коэффициентов,  интересующие нас параметры  равны:

U_отс=2,7см*1В/см=2,7 В

i₀=(3,5см*2В/см)/1кОм=7 мА;

E_см=1см*1В/см=1 В;

Пункт № 1.3  Получение теоретического значения I₀.

Для выполнения поставленной задачи нами было установлено E_см=1,5 В. Измеренное значение тока I₀=(3.6см*2В/см)/1 кОм=7,2 мА.

С другой стороны,  U=E₀-U_отс=-1,2 В.  σ=i₀/U_отс²=9,6*10^-4,  S₀=2*U*σ=-2.3*10^-3, 

I₀=σU²=3.4 мА.

Расхождение теоретически определенного значения с  экспериментально полученным достаточно велико. Оно может объясняться тем, что область применения квадратичной аппроксимации проходной характеристики полевого транзистора ограничена. И, судя по полученным результатам, в ходе эксперимента мы вышли за ее пределы.

Исследование амплитудного модулятора.

Пункт № 2.1Получение осциллограммы  амплитудно-модулированных колебаний напряжения U_си  и соответствующую ей осциллограмму  напряжения U_зи.

Частота несущего колебания: F=250 кГц, амплитуды источников E₁=E₂=0.5 В.

f_р=247,9кГц, f_н=238,7 кГц,  f_в=257,7 кГц. Соответственно, Q=13.057

После сборки соответствующей схемы нами были получены необходимые осциллограммы (см. Рис.2):

Пункт № 2.2  Измерение коэффициента модуляции и сдвига фазы огибающей.

F=1 кГц,

m=E₂/(E₁-E₂)=0.5 (теоретический расчет);

m=4.3/8.2=0.52(по снятой осциллограмме);

F=10 кГц;

m=5/7.3=0.68;

φ=0,6*360/4,1=52,7(по снятой осциллограмме)

Пункт № 2.3 Получение осциллограммы и спектрограммы тока стока

Для двух амплитуд модулирующего напряжения  нами были получены спектрограммы и осциллограммы тока стока.  Они приведены на соответствующих рисунках 3—7.

Исследование преобразователя частоты

Пункт № 3.1. Получение спектрограмм тока стока и напряжений U_зи и U_си при использовании полевого транзистора в схеме преобразователя частоты для различных несущих частот сигнала.

 В ходе выполнения работы нами был получен ряд спектрограмм, характеризующих колебания тока стока при различных вариантах значений несущей частоты и значений элементов схемы. Все они приведены с соответствующими комментариями в конце работы. 

Исследование синхронного детектора

Пункт № 4.1. Получение осциллограммы U_си и U_зи,  и спектрограммы Uси в режиме прямого детектирования сигнала.

Для несущей частоты f₀=270 кГц и модулирующего напряжения частотой F=1 кГц были получены требуемые осциллограммы и спектрограммы.

Их анализ(с учетом калибровочных коэффициентов) дает U_си0= 2,5/2см*1В/см=1,25 В.

Исследование диодного детектора

Пункт № 5.1   Получение осциллограмм и спектрограмм выходного напряжения диодного детектора  при различных частотах модуляции конденсаторов фильтра.

В ходе выполнения работы нами были получены все необходимы спектрограммы и осциллограммы, которые приведенные с необходимыми пояснениями

 в конце работы.

Проанализировав их все, можно сделать вывод, что увеличение частоты модулирующего напряжения А и увеличение емкости фильтра негативно сказывается на качестве передаваемого сигнала. Это объясняется тем, что в спектре продетектированного сигнала боковые частоты будут находиться на большом расстоянии(увеличение F)—они будут сильнее ослабляться при прохождении через фильтр, настроенный на несущую частоту. Или (при увеличении С) добротность фильтра возрастет, и он буде сильнее ослаблять боковые частоты, чем  и вызываются искажения.

Пункт № 5.2 Нахождение коэффициента передачи  детектора.

U_вх=(0,9/2)*200 мВ=0,9 В;

U_вых=(2/1)*50 мВ=0,1 В;

K= U_вх/ U_вых=0.11

Вывод:   Результатом выполнения работы стало  углубление знаний, полученных  на соответствующих лекциях и приобретение навыков их практического применения.  В рамках предложенных заданий работа выполнена качественно, о чем говорят полученные осциллограммы и спектрограммы. Однако, на наш взгляд,  для более глубокого понимания материала можно было бы проводить эксперименты не только с гармоническими колебаниями—это сделало бы полученные результаты не такими очевидными и усложнило бы анализ.   Особенно хочется отметить универсальность применяемой установки—на одном нелинейном элементе был получен целый класс устройств, необходимых при детектировании, модуляции и преобразовании частоты.