|
МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Лабораторная работа № 7.
Амплитудная модуляция. Детектирование.
Цель работы: изучение принципов работы резонансного усилителя на полевом транзисторе; схемы амплитудной модуляции, амплитудного детектора.
Приборы и принадлежности:
1. Лабораторный стенд.
2. Источник питания 9В.
3. Осциллограф.
4. Генератор звуковой частоты.
Подготовка к работе:
1. Повторить устройство и принцип работы полевых транзисторов, схемы резонансных усилителей, принципы амплитудной модуляции и детектирования.
2. Ознакомиться с описанием лабораторного стенда, назначением элементов схемы. Иденфицировать полевой транзистор. Выделить основные блоки в соответствии со структурными схемами модуляции и детектирования. Зарисовать схему.
Краткие теоретические сведения.
Принципиальная схема получения АМ колебаний приведена на рис. 1
Модулятор состоит из источника несущей частоты ω, источника сигнала Ω, нелинейного элемента UD1 и фильтра, включённых последовательно.
U1 = Um1 cos ω· t (1)
U2 = Um2 cos Ω·t (2)
i = I0+aU +bU2 (3)
где (1) и (2) - гармонические колебания ВЧ и НЧ,
(3) – вольт-амперная характеристика нелинейного элемента.
Если в равенство (3) подставить U = U1 + U2 и выполнить соответст-вующие требования, получим уравнение АМ колебаний:
U АМ = аUт1 (1 + соs Ω t) соs ωt (4)
где коэффициент модуляции. (5)
Уравнение 4 можно привести к следующему виду:
U АМ = аUт1 соs ωt + bUт1 соs (ω + Ω) t + bUт1 Uт2 соs (ω - Ω) t (6)
На рис.2 показан спектр АМ колебаний в соответствии с уравнением 6. Следует иметь в виду, что спектр в этом случае получается более сложный, но с помощью фильтра имеющего полосу пропускания 2 Ω, остальные составляющие подавляются.
Процесс восстановления сигнала частотой Ωиз АМ колебаний называется демодуляцией или детектированием и является обратной операцией. Принципиальная схема детектирования АМ колебаний изображена на рис.3, гдеU АМ- источник АМ колебаний. Например,U АМ - антенна приемника, VD2 - нелинейный элемент, RС - фильтр низких частот.
Для получения выражения U Ω необходимо в выражение 3 подставить
значение U АМ (4), выполнить преобразования и отбросить все высокочастотные составляющие, подавляемые фильтром:
U Ω = bUт2m cos Ω t (7)
Параметры фильтра выбираются из условия
Tω ˂˂ τ ˂˂ T Ω (8)
Где – период несущей частоты,
‒ период сигнала,
τ = RC – постоянная времени фильтра.
Модуляция и детектирование являются нелинейными процессами, т.к. при этом изменяется форма и спектральный состав сигналов.
Временные представления сигналов при модуляции и детектировании приводятся из школьного учебника физики и др. литературы, поэтому в данном описании не приводятся.
ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА
Принципиальная схема лабораторного стенда приведена на рис.4. Основным элементом схемы является резонансный усилитель на полевом гранзисторе VT1. Нагрузкой транзистора является колебательный контур,:остоящий из катушки Lk и конденсаторов С2 - С4, подключаемых с помощью перемычек 2 - 4. R1 - сопротивление утечки. С1 и С5 - разделительные конденсаторы. L с - катушка обратной связи.
С помощью перемычки 1 сигнал с выхода усилителя подается на за-твор транзистора, т.е. на вход усилителя. Т.о. усилитель превращается в LС генератор, частота колебаний которого ω определяется резонансной частотой контура. В цепь эмиттера транзистора VT1 включена вторичная эбмотка трансформатора Тр2, через который от звукового генератора подается сигнал частотой Ω.
Нелинейным элементом (ДЕТЕКТОРОМ) является диод VD1.
R2, С6 – С8 - фильтр низких частот, с помощью перемычек 6-9 можно изменять постоянную времени фильтра.
Диод VD2предназначен для защиты схемы от неправильного включения источника питания.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ.
1. Ознакомление со стендом. Собрать схему: убрать перемычки, подключить источник питания с соблюдением полярности, к входу X1 усили-теля подключить звуковой генератор, к выходу Y1 - осциллограф. После проверки схемы включить приборы.
2. Исследование резонансного усилителя. Поставить перемычку 2, ус-тановить амплитуду входного напряжения ЗГ около 0,5В. Изменяя частоту ЗГ, наблюдать изменение выходного сигнала. Определить резонансную частоту усилителя fрез. и коэффициент усиления по напряжению Ku. Повторить упражнение для различных емкостей, переставляя перемычки в положение 3 и 4.
3. Исследование LС-генератора.
Установить перемычки 2 и 1, т.е. ввести обратную связь в усилитель. Отключить ЗГ, подать питание. Переворачивая катушки связи (баланс фаз) и перемещая катушку относительно катушки контура Lс (баланс амплитуд), добиться неискаженной синусоиды с максимальной амплитудой. Зарисовать сигнал высокой частоты.
4. Модуляция.
Подключить ЗГ к трансформатору Тр1, подать сигнал низкой частоты около 1 кГц амплитудой 1В. Изменяя величину обратной связи генератора и амплитуду сигнала низкой частоты, добиться неискаженного АМ сигнала с максимальной глубиной модуляции. Определить коэффициент модуляции:
5. Детектирование.
Подключить осциллограф к выходу У2, установить перемычку 6, т.е. включить нагрузку R2 для детектора. Зарисовать осциллограмму выходного сигнала. Устанавливая дополнительную перемычку поочередно в положение 7, 8, 9 зарисовать осциллограммы сигналов. Проверить выполнение условия (8) для случая оптимального режима детектирования, т.е. рассчитать и сравнить соответствующие величины.
ЗАДАНИЕ ПО УИРС.
1. По данным упражнения 2 построить примерный вид амплитудно-частотных характеристик усилителя при различных емкостях.
2. Определить индуктивность катушки Lk, добротность и полосу пропускания контура при различных емкостях.
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.
1. Краткие теоретические сведения.
2. Схема лабораторного стенда и назначение элементов.
3. Результаты измерений и расчетов, краткие выводы по каждому упражнению.
ВОПРОСЫ К СОБЕСЕДОВАНИЮ.
1. Какого типа транзистор дан в схеме? Опишите его структуру, принцип работы. В каком режиме работает транзистор (рабочая точка)?
2. Покажите на схеме блоки, соответствующие структурным схемам генератора, модулятора, детектора.
3. Нарисуйте спектры сигналов, соответствующие модуляции и детектированию. Покажите составляющие спектров на осциллограммах.
4. Чем отличаются ЧМ и АМ сигналы? Покажите их временные и спектральные характеристики.
5. Объясните, для чего необходима модуляция, в каких приборах или устройствах она реализуется?
6. В каких устройствах применяется детектирование?
7. Можно ли поменять полярность включения VD1? Включать его параллельно фильтру низких частот? Как это отражается на работе детектора?
8. Можно ли использовать схему для демонстрации в школьном курсе физики? Какие изменения в схеме и конструкции для этого необходимы?
9. Изложите процессы модуляции и детектирования на уровне доступном учащимся старших классов.
С1 1мк х 6В; С5 1мк х 6В; R1 270 кОм; Lс 200 витков ϕ 0,16;
С2 0,01 мкФ; С6 0,1 мкФ; R2 100 кОм; Lk 600 витков ϕ 0,15;
С3 0,05мкФ; С7 0,01 мкФ; УТ, КП 103И;
С8 2200 пФ; VD1 Д220; VD2 Д226.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 54 | Нарушение авторских прав
<== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
Active timber infestation | | | Тема : «аналіз і оптимізація операційного та фінансового циклів підприємства» |