АЛМАТИНСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

 

Кафедра телекоммуникационных систем

 

Радиопередающие устройства.

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ

 ( для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации)

 

СОСТАВИТЕЛИ: В.В.Артюхин, Н.Н Гладышева. Радиопередающие устройства. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

 

Методические указания предназначены для ознакомления студентов с процессами, происходящими в радиопередающих устройствах. Студенты выполняют лабораторные работы, в которых изучаются принципы получения однополосного сигнала, автогенераторы, синтезатор частоты, частотный модулятор. Исследование их режимов работы позволяет оценить основные качественные показатели и глубже понять процессы, происходящие в основных узлах радиопередающих устройств. Работы выполняются на лабораторных стендах.

 

1 Лабораторная работа №1. Исследование LC автогенератора

 

1.1 Цель работы

 

 Исследование схемы транзисторного автогенератора гармонических колебаний с трансформаторной обратной связью. Экспериментальная проверка основных положений теории самовозбуждения, стационарного и переходного режимов.

 

       1.2 Краткая характеристика исследуемой цепи

 

В данной работе используется левая часть сменного блока АВТОГЕНЕРАТОРЫ. Генератор LC (рисунок 1.1) собран на полевом транзисторе с колебательным контуром в цепи стока и трансформаторной обратной связью. Частота генерации постоянна и находится в пределах 24÷30 кГц. Тумблер в цепи обратной связи (ОС) позволяет изменять знак ОС, либо вообще отключать её.

Регулятор взаимной индуктивности (М) позволяет плавно менять абсолютную величину обратной связи. Переключатель вида смещения позволяет выбрать либо регулируемое, либо автоматическое смещение на затворе полевого транзистора. Регулировка смещения производится движковым потенциометром "Е_СМ" в правой части стенда и контролируется вольтметром, расположенным над потенциометром "Е_СМ". Правее вольтметра смещения находится миллиамперметр, который в данной работе измеряет ток стока транзистора при снятии его вольтамперной характеристики.

 

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.1 – Схема LC генератора

Тумблер ПРЕРЫВАТЕЛЬ включает электронный коммутатор (на схеме не показан), который периодически разрывает цепь обратной связи для изучения переходных процессов в автогенераторах.

Гнездо КТ1 в данной работе не используются, гнездо КТ2 соединено с затвором, а КТ3 – со стоком полевого транзистора. Дифференцирующая цепь, включенная между гнездами КТ3 и КТ4, используется для получения т.н. фазовых портретов на экране осциллографа при изучении переходных процессов автогенератора.

В качестве измерительных приборов используются внутренние вольтметр переменного напряжения и диапазонный генератор гармонических колебаний, внутренние приборы постоянного тока, осциллограф и ПК, работающий в режиме анализа спектра (для измерения частоты генератора).

 

1.3 Домашнее задание

 

        1.3.1 Изучите соответствующий раздел курса по конспекту лекций и литературе: [1], с.222¸239; [2], с.155¸167.

       1.3.2 Подготовьте заготовку отчета.

 

1.4 Лабораторное задание

 

1.4.1 Исследуйте «мягкий» и «жесткий» режимы самовозбуждения генератора.

1.4.2 Получите амплитудные характеристики стационарного режима при разных смещениях.

1.4.3 Получите колебательные характеристики резонансного усилителя без обратной связи.

1.4.4 Наблюдайте колебания в стационарном и переходных режимах.

 

1.5 Методические указания

 

       1.5.1 Исследование режимов самовозбуждения генератора.

1.5.1.1 Снятие вольтамперной характеристики (ВАХ) полевого транзистора производится с помощью внутренних источников и измерительных приборов.

Убедиться в том, что:

-       все внешние провода отключены от генератора;

-       обратная связь отключена (тумблер ОС в среднем положении);

-       прерыватель отключен;

-       тумблер вида смещения – в положении РЕГ. (регулируемое).

 Подготовить таблицу ВАХ (таблица 1.1).

Последовательно устанавливая значения Е_СМ из таблицы ручкой «Е_СМ», измерить и внести в таблицу значения тока стока.

 

Т а б л и ц а 1.1

ЕСМ=UЗИ, (В)	0	0,5	-1	1,5	-2	-2,5	-3	-3,5	-4	-4,5	-5	-5,5	UОТС
iС, (мА)													0

Построить график ВАХ i_C = j₁(U_ЗИ).

1.5.1.2 Включить тумблером положительную обратную связь. Ручку «М» регулировки величины обратной связи установить в крайнее левое положение (М=0). Подключить к выходу генератора (гнездо КТ3) осциллограф и вольтметр переменного напряжения.

По графику ВАХ определить Е_СМ, соответствующее середине линейного участка ВАХ. Установить это значение регулятором смещения стенда.

1.5.1.3 Плавно увеличивая взаимную индуктивность ручкой «М», добиться появления генерации (по вольтметру или осциллографу). Уменьшить М, добиваясь минимальных устойчивых колебаний (не более 0,5 В). Затем с помощью регулятора Е_СМ найти такое смещение, при котором выходное напряжение генератора станет максимальным. Далее регулятором «М» добиться прекращения колебаний. Таким образом, определено смещение «мягкого» режима Е_СМ1 и критическое значение величины обратной связи М_КР1, которые следует внести в таблицу 1.2.

 

Т а б л и ц а 1.2 

«мягкий» режим;             ЕСМ1 = … В;        МКР1 = … кГц
М, кГц
UCT, мВ (при увеличении М)
UСТ, мВ (при уменьшении М)

 

Устанавливая ряд значений М, измерять U_СТ и результаты вносить в таблицу, причем, обе строки U_СТ снимать при одних и тех же значениях М.  

По данным таблицы построить график U_СТ = j₂ (М).

1.5.1.4 Убедившись в наличии генерации, определить частоту генерируемых колебаний по осциллографу (измерить период с учетом цены деления переключателя развертки) или по шкале анализатора спектра.

 

1.5.1.5 Работа генератора в «жестком» режиме. Выберите предварительное положение рабочей точки на нижнем изгибе ВАХ и установите соответствующее смещение. Регулируя «М», убедитесь, что при некотором М=М_КР1 происходит скачкообразное возникновение колебаний, а при некотором  М=М_КР2 – срыв колебаний. (М_КР2 < М_КР1). Если колебания вообще   не возникают – немного уменьшить абсолютное значение смещения | E_СМ |, а если М_КР1 и М_КР2 различаются незначительно – соответственно увеличить | E_СМ |. Путем нескольких таких проб найти Е_СМ2 «жесткого» режима, при котором М_КР1 и М_КР2 существенно различаются; внести это значение в таблицу 1.3 подобную таблице 1.2 (с добавлением значения М_КР2). После окончательного выбора Е_СМ2 до полного заполнения таблицы 1.3 трогать ручку «Е_СМ» не рекомендуется. После завершения таблицы строятся графики U_СТ = j₂ (М) для «жесткого» режима.

 

Т а б л и ц а 1.3

«жесткий» режим;             ЕСМ1 = … В;        МКР1 = … кГц              МКР2 = … кГц
М, кГц
UCT, В (при увеличении М)
UСТ, В (при уменьшении М)

 

1.5.1.6 По указанию преподавателя повторить п.1.3 для автоматического смещения; при этом переключатель вида смещения – в положение АВТ.

 

        1.5.2 Колебательные характеристики

 1.5.2.1 Отключить обратную связь. Соединить вход резонансного усилительного каскада без обратной связи (гнездо КТ2) с диапазонным генератором стенда (в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ). К выходу (гнездо КТ3) подключить осциллограф и вольтметр переменного напряжения. Установить частоту генератора около 20 кГц, выходное напряжение ~ 0,1 В.

 1.5.2.2 Определить частоту резонанса LC контура путем плавной перестройки частоты генератора в пределах 24¸30 кГц (). Достижение резонанса фиксируется по максимуму выходного напряжения (гнездо КТ4). Значение f_РЕЗ ввести в таблицу 1.4.

 1.5.2.3 Установив смещение  режима Е_СМ1 (а затем и Е_СМ2 для «жесткого»), снять зависимость U_ВЫХ = j₃ (U_ВХ) на резонансной частоте. В качестве минимального значения принять U_{ВХ мин} = 0,1 В. Результаты измерений дать в виде первых двух строк таблицы 1.4.

 

Т а б л и ц а 1.4 

«мягкий» режим;  ЕСМ=ЕСМ1= …В;  fРЕЗ = …кГц;
UВХ, В
UВЫХ, мВ
Im1
SСР

 

  Напомним, что средняя крутизна

                                                   - отношение действующих значений первой гармоники тока стока и входного напряжения.

                                                    ,

 где R_ЭО – резонансное сопротивление контура; его можно найти через коэффициент усиления, определенный для линейного режима усиления (когда U_ВХ = U_{ВХ мин} = 0,1 В).

                                               , определив крутизну S_РТ  в мА/В, пользуясь графиком ВАХ для  Е_СМ1 («мягкий» режим), найдем R_ЭО.

                                           [кОм].

Используя полученные формулы, заполнить последние две строки таблицы 1.4.

 1.5.2.4 Повторить п.1.5.2.3 для «жесткого» режима (Е_СМ2), сохраняя найденное значение R_ЭО.

 

Т а б л и ц а 1.5

«жесткий» режим;  ЕСМ=ЕСМ2= …В;  fРЕЗ = …кГц;
UВХ, В
UВЫХ, мВ
Im1
SСР

 

1.5.2.5 По указанию преподавателя повторить исследования для автоматического смещения.

 

1.5.3 Переходной режим

1.5.3.1 Восстановить схему генератора, отключив приборы от гнезда КТ2, включить положительную обратную связь. Включить ПРЕРЫВАТЕЛЬ. Осциллограф подключается к выходу (гнездо КТ3). Наблюдать осциллограмму переходного процесса в одном из режимов (по указанию преподавателя), отрегулировав значение «М» так, чтобы четко просматривался процесс нарастания и спада колебаний.

1.5.3.2 Для получения «фазового портрета» соединить гнездо КТ3 со входом Х, а гнездо КТ4 со входом Y осциллографа. Развертка отключается. Подобрать масштабы изображения по вертикали и горизонтали так, чтобы оно размещалось в пределах экрана осциллографа.

 

1.6 Отчет должен содержать:

- принципиальную схему LC генератора;

- вольтамперную характеристику транзистора;

- амплитудные характеристики;

- колебательные характеристики;

- графики средней крутизны;

- осциллограммы переходных процессов;

- выводы, к которым пришли, сравнивая полученные экспериментальные данные с теоретическими.

 

1.7 Контрольные вопросы

 

1. Изобразить обобщенную схему автогенератора.

2.Сформулируйте критерии устойчивости.

3.     Баланс фаз и баланс амплитуд на примере изучаемой цепи.

4.     Какие колебания дают начало процессу самовозбуждения?

5.     Какова роль усилительного элемента в схеме автогенератора?

6.     Какова роль обратной связи?

7.     Какова роль нелинейного элемента?

8.     От чего зависит частота генерации?

9.     От чего зависит форма колебаний?

10. В чем суть квазилинейного метода?

11. Как получить зависимость S_СР от амплитуды?

12. Особенности «мягкого» режима.

13. Особенности «жесткого» режима.

14. Принцип действия автоматического смещения.

15. Что такое колебательная характеристика?

16. Изобразите схему трехточечного автогенератора.

 

2 Лабораторная работа № 2. Исследование RC генератора

 

2.1 Цель работы

 

Исследование одной из схемы RC автогенератора. Экспериментальная проверка основных положений теории RC генераторов.

 

2.2 Краткая характеристика исследуемой цепи

В данной работе используется правая часть сменного блока АВТОГЕНЕРАТОРЫ.  Объектом исследования (рисунок 2.1) является RC генератор на основе двухкаскадного резисторного усилителя (К-цепь) с цепью положительной обратной связи в виде фазобалансной цепи R3 C3 R4 C4 (b-цепь). Для нормальной работы генератора К-цепь и b-цепь необходимо соединить перемычками между гнездами КТ5–КТ6 и КТ7–КТ8. При снятых перемычках появляется возможность раздельного изучения свойств К-цепи и b-цепи.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема RC генератора

 

Регулировка частоты генерируемых колебаний (в пределах 2¸5 кГц) осуществляется сдвоенным потенциометром R₃R₄ фазобалансной цепи (ручка ЧАСТОТА).

Ручная регулировка усиления К-цепи производится потенциометром R₅, включенным в нагрузку первого каскада (ручка УСИЛЕНИЕ). С помощью этого регулятора можно определять критическое значение коэффициента усиления и наблюдать за изменением формы генерируемых колебаний.

Автоматическая регулировка усиления (АРУ) включается тумблером в правом верхнем углу сменного блока. При включенной АРУ независимо от положения ручного регулятора поддерживается практически синусоидальная форма выходных колебаний. Схема АРУ (на рисунке 2.1 не показана) состоит из вспомогательного усилительного каскада на операционном усилителе, коэффициент усиления которого управляется огибающей выходного сигнала. Всякое изменение амплитуды генерируемых колебаний (например , при ручной регулировке усиления) приводит к тому, что изменяется коэффициент усиления вспомогательного каскада, в результате чего выходная амплитуда возвращается на прежний уровень.

Замена фазобалансной цепи на простую перемычку между гнездами КТ6–КТ8 превращает RC генератор в мультивибратор.

При изучении переходных процессов включается ПРЕРЫВАТЕЛЬ (общий для LC и RC  генераторов).

Дифференцирующая цепь и ее выход – гнездо КТ10 - служат для наблюдения так называемых фазовых портретов на экране осциллографа при включенной развертке. В качестве измерительных приборов используются внутренние диапазонный генератор и вольтметр переменного напряжения, а также осциллограф и ПК в режиме анализатора спектра.

 

2.3 Домашнее задание

 

2.3.1 Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литературе: [1], с.223¸245; [5], с.168¸176, 185¸188.

2.3.2 Подготовьте заготовку отчета.

 

2.4 Лабораторное задание

 

2.4.1 Возбудите генератор, подобрав усиление К-цепи, и проверьте выполнение условия баланса амплитуд.

2.4.2 В стационарном режиме определите зависимость формы и спектра

генерируемых колебаний от усиления К-цепи.

2.4.3 В стационарном режиме определите влияние b-цепи на частоту

генерации.

2.4.4 Получите релаксационные колебания, изучите влияние усиления

К-цепи на частоту колебаний.

 

2.5 Методические указания

 

2.5.1 Режим самовозбуждения

2.5.1.1 Соединить пермычками гнезда КТ5–КТ6 и КТ7–КТ. Подключите вольтметр и осциллограф к выходу генератора (гнездо КТ9). Ручка УСИЛЕНИЕ устанавливается в крайнее левое положение (К=К_МИН). Ручка ЧАСТОТА – в произвольном, но неизменном в п.п. 1.1¸1.4 положении. Тумблеры ПРЕРЫВАТЕЛЬ и АРУ – выключены.

2.5.1.2 Возбуждение генератора осуществляется путем плавного увеличения усиления К – цепи (ручкой УСИЛЕНИЕ) до появления на экране осциллографа минимальных устойчивых колебаний. Измеряется и вносится в таблицу 2.1 выходное напряжение генератора U_Г.

2.5.1.3 Не меняя положений ручек ЧАСТОТА и УСИЛЕНИЕ, заменить осциллограф на анализатор спектра (на ПК), измерить и внести в таблицу 2.1 частоту f_Г.

 

Т а б л и ц а 2.1

UГ =      В;               fГ =         кГц
К-цепь			b-цепь
UВХ  К	UВЫХ  К	К	UВХ b	UВЫХ b	b	f0	b·К
В	В	-	В	В	-	кГц

 

2.5.1.4 Определить коэффициент передачи цепи обратной связи β = U_{ВЫХ β} / U_{ВХ β}. Для этого на вход ФБЦ (гнездо КТ5) подать входное напряжение (от диапазонного генератора блока ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ) U_{ВХ β}=1В с частотой f = f_Г. Подключив вольтметр к выходу β-цепи (гнездо КТ7), измерить U_{ВЫХ β}. Результаты измерений, а также значение β внести в таблицу 2.1.

2.5.1.5 Определим частоту f₀, на которой ФБЦ создает нулевой фазовый сдвиг. Сохраняя подключение приборов предыдущего пункта, добавить к ним осциллограф, один из входов которого подключить ко входу, а другой к выходу ФБЦ. Перестраивая по частоте диапазонный генератор, зафиксировать частоту f₀, при которой сдвиг осциллограмм (входного и выходного сигналов ФБЦ) отсутствует. Значение f₀ внести в таблицу 2.1. При отсутствии двухлучевого (или двухканального) осциллографа, нулевой фазовый сдвиг между сигналами можно зафиксировать по фигуре Лиссажу на экране однолучевого осциллографа, когда эта фигура превращается в прямую линию с положительным наклоном.

2.5.1.6 Для определения коэффициента усиления К-цепи подать на вход усилителя (гнездо КТ8) напряжение от диапазонного генератора с частотой f = f_Г такой величины U_{ВХ  К}, чтобы на его выходе получилось  U_{ВЫХ К} = U_Г. В таблицу 2.1 внести  U_{ВХ  К}, U_{ВЫХ  К}  и  К = U_{ВЫХ  К} / U_{ВХ  К}.  Рассчитать и внести в ту же таблицу значение петлевого усиления β·К.

 

2.5.2 Стационарный режим

2.5.2.1 Восстановить схему генератора, поставив перемычки между гнездами КТ5–КТ6 и КТ7–КТ8. Отключить все приборы от входа усилителя. К выходу генератора (КТ9) подключить осциллограф и анализатор спектра (ПК).

2.5.2.2 Плавно увеличивая УСИЛЕНИЕ К-цепи, наблюдают за формой генерируемых колебаний. При появлении первых признаков нелинейных искажений (по осциллографу) или по появлению гармоник (на анализаторе спектра) несколько уменьшить усиление, добиваясь практически синусоидальной формы выходного сигнала. Подключив вольтметр к выходу генератора, измерить максимальную величину гармонического сигнала U_{Г МАХ}. Зарисовать осциллограмму и спектр этого сигнала на одной горизонтали.

2.5.2.3 Увеличить усиление К-цепи, добиваясь появления явно выраженных нелинейных искажений выходного сигнала. Зарисовать осциллограмму и спектр для этого случая с сохранением масштаба предыдущих рисунков (п.2.2).

2.5.2.4 Включить тумблер АРУ, наблюдая за изменением осциллограммыи спектра. Обратить внимание на инерционность АРУ. Зарисовать осциллограмму и спектр под соответствующими рисунками п.п. 2.2 и 2.3. Попробуйте изменить коэффициент усиления К-цепи ручным регулятором, наблюдая за осциллограммой и спектром. Зафиксируйте наблюдения в отчете.

2.5.2.5 Зависимость частоты генерируемых колебаний от параметров фазобалансной цепи. Наблюдают по анализатору и осциллографу, фиксируя частоты выходного сигнала для двух крайних и одного среднего положения ручки ЧАСТОТА. Система АРУ – включена. Результаты занести в таблицу 2.2.

Т а б л и ц а 2.2

ПОЛОЖЕНИЕ   РЕГУЛЯТОРА   ЧАСТОТЫ
минимальное	среднее	максимальное
fГ =        кГц	fГ =        кГц	fГ =        кГц

 

       2.5.2.6   Влияние   усиления  на   частоту    генерируемых    колебаний.     

Отключив АРУ, проверить по анализатору спектра, влияет ли изменение усиления на частоту генерации. Вывод по эксперименту отразить в отчете.

       2.5.2.7 Релаксационные колебания наблюдают и зарисовывают после

 соединения перемычкой гнезд КТ6–КТ8, исключив из схемы фазобалансную цепь. В отчете отразить осциллограмму и спектр этого колебания.

       2.5.2.8 Зависимость частоты релаксационных колебаний от регулятора

 УСИЛЕНИЯ. Снимается зависимость частоты колебаний по анализатору спектра от выходного напряжения генератора. Система АРУ отключена. Результаты представить в виде таблицы 2.3 и графика  f_Г = φ (U_ВЫХ).

 

      Т а б л и ц а 2.3

UГ	В	…
fГ	кГц	…

 

         2.5.3 Переходный режим

     2.5.3.1 Восстановить   схему    RC    генератора,    поставив    перемычки

 (см.п.1.1). АРУ выключена, ПРЕРЫВАТЕЛЬ – включен. Осциллограф подключен к выходу генератора.

     2.5.3.2   Плавно    изменяя    УСИЛЕНИЕ,    наблюдать   за    характером

переходного процесса в генераторе. Зарисовать 2÷3 наиболее характерные осциллограммы.

      2.5.3.3.  При   наличии    входа Х  в  осциллографе,  наблюдать фазовый

портрет автоколебательной системы.

 

    2.6 Отчет должен содержать:

         - принципиальную схему RC генератора;

         - таблицы и графики экспериментальных данных;

          -выводы, к которым пришли, сравнивая полученные экспериментальные данные с теоретическими.

 

         2.7 Контрольные вопросы

 

         1.Нарисовать схему   RC генератора с фазобалансной цепью.

         2.Объяснить назначение фазобалансной цепи. Изобразите ее АХЧ и ФЧХ.

        3.Записать условия самовозбуждения.

        4.Как определить частоту генерируемых колебаний?

        5.От чего зависит форма генерируемых колебаний?

        6.В чем идея работы АРУ?

        7.Можно ли построить RC генератор на одном транзисторе?

         8.Как с помощью осциллографа наблюдать процессы самовозбуждения и стационарный режим генератора?

         9.Как   получить   релаксационные   колебания?   Почему  частота  таких  колебаний  (в изучаемой схеме) весьма нестабильна?

        10.Что такое фазовый портрет автогенератора и как его получить на практике?

             3 Лабораторная работа №3. Автоколебательная LC-цепь под внешним воздействием

 

            3.1 Цель работы                  

 

Ознакомление с основными свойствами автоколебательной цепи, находящейся под внешним воздействием периодической ЭДС. Получение процессов регенерации, синхронизации и деления частоты.

 

          3.2 Краткая характеристика исследуемой цепи

                  

          В данной работе используется LC генератор в составе сменного блока АВТОГЕНЕРАТОРЫ, описание которого приведено в работе №1.  Для подачи внешнего сигнала от диапазонного генератора стенда используется входное гнездо КТ1. Входом изучаемой цепи является гнездо КТ2 (цепь затвора полевого транзистора), а выходное напряжение снимается с гнезда КТ3 (цепь стока). В качестве измерительных приборов используется вольтметр переменного напряжения и осциллограф, так же может быть использован ПК в режиме спектрального анализатора или анализатор спектра.

          3.3 Домашнее задание

 

          3.3.1 Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литературе:    [1], с.74¸118; [2], с.80¸102.

          3.3.2 Подготовьте заготовку отчета.

 

          3.4 Лабораторное задание

 

          Изучить явление регенеративного усиления. Снять зависимость

 коэффициента  регенерации от величины взаимной индуктивности и амплитуды сигнала. Получить резонансные характеристики регенерированного контура и сравнить их с характеристиками обычного LC контура.В возбужденном режиме наблюдать явление регенерации и деления частоты. Исследовать области синхронизации и деления частоты при изменении амплитуды внешнего сигнала.

 

           3.5 Методические указания

 

           3.5.1  Подготовка к работе

       3.5. 1.1  Подключить диапазонный генератор (в блоке ИСТОЧНИКИ

СИГНАЛОВ) ко входу (КТ1) схемы LC генератора. Вольтметр переменного напряжения стенда подключить к затвору транзистора (гнездо КТ2). К выходным гнездам генератора (КТ3) подключить осциллограф. Включить тумблером положительную обратную связь.

        3.5. 1.2 Положение рабочей точки выбираем на середине линейного

 участка вольтамперной характеристики (ВАХ) полевого транзистора LC генератора. (Эта ВАХ была получена в процессе проведения работы №1. При отсутствии ВАХ ее придется снять по методике, изложенной в п.1 упомянутой выше работы). 

        3.5.1.3 Критическое значение взаимной индуктивности М_КР находится

 при подключенных измерительных приборах; напряжение внешнего генератора, подключенного к КТ1, должно быть равно нулю. Регулятором М добиться появления генерации с минимальной амплитудой, затем регулятор смещения (Е_СМ) подстроить так, чтобы получить максимальную амплитуду генерируемых колебаний. Так определилось положение рабочей точки, при которой обеспечивается максимальная крутизна ВАХ. Не изменяя Е_СМ (оно должно оставаться неизменным на протяжении всей работы), плавно уменьшить М, добиваясь прекращения генерации (М=М_КР). Полученные значения Е_СМ и М_КР внести в таблицу 3.1.

     

Т а б л и ц а 3.1

ЕСМ=     В;   МКР=    мГ;   UВХ= 1мВ f0=    кГц;  без регенерации (М=0)     U’ВЫХ=      В
М,         мГ
UВЫХ,    В
Р

 

 

            3.5.2  Недонапряженный режим. Регенеративное усиление

         3.5.2.1 Настройка внешнего диапазонного генератора в резонанс с контуром LC генератора начинается с установки на выходе внешнего генератора напряжения 1 мВ. Сохраняя неизменным прежнее значение Е_СМ и установив М<М_КР (произвольно), плавно перестраивать внешний генератор в пределах 18÷25 кГц, добиваясь максимума выходного напряжения. Определив частоту резонанса f₀, внести ее значение в таблицу 3.1. Следует иметь в виду, что в этом и последующих экспериментах резонансная кривая оказывается весьма острой, поэтому после различных переключений, например, подключение осциллографа или переключение вольтметра с выхода цепи на вход и даже при переключениях пределов измерения вольтметра, требуется подстраивать частоту внешнего генератора, добиваясь максимума выходного напряжения.Другой особенностью изучаемой цепи является трудность установки М вблизи М_КР, то есть при режиме, близком к самовозбуждению. Последнее может наступить при любых манипуляциях с элементами настройки и регулировки, при которых изменяется комплексное сопротивление приборов, подключаемых к контуру LC генератора. Поэтому в тех случаях, когда нет уверенности в том, что самовозбуждение отсутствует, следует плавно уменьшить до нуля напряжение внешнего генератора. Если при этом выходное напряжение в точке КТ3 исчезнет, значит самовозбуждения нет. В противном случае выходной сигнал остается после снятия входного. Тогда для того, чтобы «погасить» генерацию, следует очень осторожно уменьшить М (М<М_КР) и повторить измерения.

          3.5.2.2  Установить на входе (КТ2) напряжение U_ВХ=1 мВ. Отключив цепь обратной связи, после подстройки частоты внешнего генератора, измерить и внести в таблицу 3.1 значение выходного напряжения (гнездо КТ3) U’_ВЫХ (без регистрации; М=0).

           3.5.2.3 Включить положительную обратную связь. U_ВХ остается прежним – 1мВ. Установить некоторое произвольное значение М (М<М_КР) и после подстройки частоты определить U_ВЫХ. Убедившись, что генерации при этом нет, внести в таблицу 3.1 пару значений М и U_ВЫХ (вторая и третья строки таблицы). Последовательно увеличивая М (М<М_КР), произвести не менее пяти таких измерений, добиваясь заметного превышения U_ВЫХ над U’_ВЫХ (при М=0). Рассчитать и внести в нижнюю строку таблицы значение коэффициента регенерации   Р = U_ВЫХ / U’_ВЫХ.   Построить график зависимости  Р=φ₁(М). Среди полученных значений Р необходимо иметь хотя бы одно значение в пределах 3÷5, которое потребуется в дальнейших исследованиях.

          3.5.2.4 Амплитудная характеристика регенерированной схемы U_ВЫХ=φ₂(U_ВХ) снимается для ранее выставленного значения Е_СМ и наибольшего значения М из таблицы 3.1. Для этого, установив начальное значение U_ВХ=1 мВ, определяют U_ВЫХ; оба эти значения вносятся в таблицу 3.2.

 

Т а б л и ц а 3.2

ЕСМ=     В;    М=ММАХ=    мГ;   без регенерации (М=0)     U’ВЫХ=      В
UВХ	мВ	1	3	10	30	100	300	1000
UВЫХ	В
Р	-

 

              Последовательно задавая входные напряжения из таблицы,   

     измерить (после подстройки частоты)  U_ВЫХ и внести его значения в 

     таблицу. Рассчитать и построить график U_ВЫХ=φ₂(U_ВХ).

         3.5.2.5 Частотные характеристики регенерированного контура

сравниваются по полосам пропускания (на уровне 0, 707 от резонансного значения частоты) для следующих значений:

             - М=0;  U_ВХ=1мВ;

             - М=М; U_ВХ=1мВ;

             - М=М’;  U_ВХ=1В.

             Напомним, что случай М=0 обеспечивается отключением цепи 

     обратной связи,  а М=М’ выбирается из таблицы 3.1 для одного из

     значений Р в интервале 2÷5.

             Граничные частоты полосы пропускания f₁ и f₂ определяются путем

    расстройки внешнего генератора до получения напряжения U_ВЫХ в раз 

    меньше, чем при настройке в резонанс. Результаты измерений внести в

    таблицу 3.3.

 

Т а б л и ц а 3.3

ЕСМ=        В f0 =           кГц	М=0 UВХ=1мВ	М=М’ UВХ=1мВ	М=М’ UВХ=1В
f2 – f1,       кГц
Q

 

Значение добротности регенерированного контура рассчитывается по формуле                               .

               3.5.3 Возбужденный режим. Синхронизация

           3.5.3.1 Захват частоты наблюдается при переводе  исследуемой цепи в возбужденный режим. При этом частота генерации совпадает с частотой внешнего воздействия, причем, это совпадение сохраняется при перестройке частоты внешнего источника в некоторых пределах («полоса захвата») от f_Н до f_В. В качестве индикатора захвата частоты могут использоваться фигуры Лиссажу в виде неподвижного эллипса.  Для этого на входы X и Y    осциллографа подаются сигналы от внешнего генератора и от исследуемой цепи. Другой способ фиксации процесса захвата частоты – по  спектрограммам входного и выходного сигналов. Если наблюдается захват частоты, положение спектральных линий (первые гармоники) на входе и выходе совпадают.

          3.5.3.2 Границы области захвата определяются путем изменения частоты внешнего воздействия вверх от  f₀ – частота  f_В и вниз – частота f_Н до срыва генерации и возникновения «биений». Данные о границах области захвата  f_Н=φ₄(U_ВХ)  и f_В=φ₅(U_ВХ) при трех различных входных напряжениях U_ВХ заносятся в табл. 3.4. Туда же вносятся кратность изменения частоты  n  (в пределах полосы захвата или деления частоты (п.3.3), а также фигуры Лиссажу или спектрограммы для  f_ВХ ≤ f_Н и f_ВХ ≥ f_В, в зависимости от применяемого способа индикации.

 

Т а б л и ц ы 3.4 и 3.5

ЕСМ=     В;   f0=     кГц;   М=ММАХ=    мГ;   n
UВХ,   В
fН,  кГц
fВ,  кГц

 

          3.5.3.3  Деление  частоты наблюдается при тех же условиях, что и захват частоты, после  перестройки  внешнего  генератора  на двойную  частоту– f_ВХ=2f₀ (n=2). Для большей кратности деления частоты (n=2÷5), входная частота увеличивается в n раз – f_ВХ=nf₀.

           3.5.3.4 Границы области деления определяются в соответствии с п.3.2. Данные о граничных частотах  f_Н=φ₆(U_ВХ) и f_В= φ₇(U_ВХ) помещаются в таблице 3.5, подобной 3.4. Зарисовываются фигуры Лиссажу или спектры выходного сигнала для  f_ВХ ≤ nf_Н  и  f_ВХ ≥ nf_В.

 

           3.6 Отчет должен содержать:

           - принципиальную схему исследуемой цепи;

           - таблицы и графики результатов;

           - фигуры Лиссажу или спектры;

            - выводы, к которым пришли, сравнивая полученные экспериментальные данные с теоретическими.

 

          3.7 Контрольные вопросы

 

          1.Изобразить эквивалентную схему автогенератора. Каковы условия возникновения в схеме автоколебаний?

          2.При каком условии цепь с положительной обратной связью будет потенциально автоколебательной?

          3.Привести схему автогенератора и эквивалентную схему регенерированного колебательного контура.

          4.Чем отличается схема LC автогенератора  от схемы LC регенератора?

          5.Записать выражение для активного сопротивления и добротности регенерированного контура.

        6.Что такое коэффициент регенерации?

        7.Что следует понимать под «слабым сигналом»?

        8.Как зависит коэффициент регенерации от взаимной индуктивности М?

        9.Как зависит коэффициент регенерации от амплитуды  входного сигнала?

        10.Изобразить на одном графике АЧХ обычного параллельного LC контура и регенератора при М ≈ М_КР. (М < М_КР)

        11.Как изменяется ширина полосы пропускания для регенерированного контура по сравнению с обычным LC контуром (при слабом сигнале)?

        12.Как зависит АЧХ регенерированного контура от амплитуды входного сигнала?

       13.В чем состоит и как объясняется явление захвата частоты?

       14.Как связана ширина полосы захвата с амплитудой входного сигнала?

        15.В чем состоит и как объясняется явление регенеративного деления частоты?

 

4 Лабораторная работа № 4. Исследование однополосной модуляции

 

4.1 Цель работы

 

Ознакомление   с   преимуществами  ОМ   сигналов,   их    параметрами,

способами реализации однополосной модуляции, экспериментально исследовать устройство, в котором возможно осуществление однополосной модуляции.

 

4.2  Краткая характеристика исследуемой цепи

 

Исследуемый макет (рисунок 4.1) имеет автогенератор радиочастоты ГРЧ с варикапом в колебательном контуре. Генератор перестраивается по частоте регулятором «ЧАСТОТА» в диапазоне 435-445 кГц. Амплитуда выходного напряжения изменяется в небольших пределах регулятором «АМПЛ.». Напряжение радиочастоты подается на ВЧ входы амплитудного модулятора АМ и балансного модулятора БМ.

Модулирующее напряжение звуковой частоты подается с выхода генератора низкой частоты на КТ2, усиливается усилителем звуковой частоты УЗЧ и поступает на НЧ входы АМ и БМ.

Выход балансного модулятора соединен с входом полосового фильтра ПФ (средняя частота f_Ф=455 кГц, полоса пропускания 2∆f_Ф≈ 12кГц). На выходе фильтра может быть получен сигнал с ОМ с полностью подавленной несущей.

Выполнение лабораторной работы предполагает использование дополнительного оборудования: двухлучевого (двухканального) осциллографа .

 

 

 

 

 

 

         4.3. Домашнее задание

 

 4.3.1   Изучите    основные    вопросы   темы   по   конспекту   лекций   и   

литературе: Энергетические и спектральные преимущества ОМ, фильтровый способ формирования ОМ сигнала,устройство однополосного модулятора.[1], с.334-392, [2], с.335-337.

         4.3.2  Подготовьте заготовку отчета.

 

         4.4 Лабораторное задание

 

 4.4.1 Ознакомление с устройством сменного блока.

         4.4.2 Осциллографирование АМ сигнала, АМ сигнала с подавленной

 несущей, ОМ сигнала при различных параметрах модулирующего напряжения.

4.4.3      Определение спектрального состава АМ сигнала, АМ сигнала с

 подавленной несущей, ОМ сигнала при различных параметрах модулирующего напряжения.

4.4.4      Ознакомление    с    фильтровым   способом   формирования    ОМ

сигнала.

       

        4.5 Методические указания

4.5.1  Определить полосу пропускания полосового фильтра

 

4.5.1.1  Произвести соединения согласно рисунку 4.2. Частотомер перевести в режим «ГВЧ».

4.5.1.2  Установить минимальную частоту генератора ВЧ в диапазоне I. Выходное напряжение генератора установить на уровне 0 дБ.

4.5.1.3 Установить выходное напряжение генератора НЧ, равное 0 вольт.

4.5.1.4  Наблюдать на экране осциллографа напряжение в КТ6. Изменять частоту генератора ВЧ от минимальной до максимальной в диапазоне I. Наблюдать изменение амплитуды напряжения на выходе ПФ. С помощью милливольтметра фиксировать величину напряжения на выходе ПФ UвЫх.

Полученные данные занести в таблицу 4.1. Рассчитать нормированный коэффициент передачи ПФ на разных частотах.

                                          .

Построить нормированную амплитудно-частотную характеристику ПФ. Определить по графику полосу пропускания и среднюю частоту ПФ.

Т а б л и ц а 4.1

fГ, кГц
UВЫХ, В
К(f)

        4.5.2 Ознакомиться с работой амплитудного модулятора и параметрами АМ сигнала

4.5.2.1 Произвести соединения согласно рисунку 4.3. Частотомер перевести в режим «ВНЕШ.». Вход анализатора спектра соединить с гнездом КТ4^I.

4.5.2.2 Установить частоту ГРЧ f_ВЧ = 440 кГц и максимальную амплитуду выходного напряжения.

4.5.2.3 Установить частоту генератора НЧ, равную 10 кГц. По вольтметру установить выходное напряжение генератора НЧ равное 1,0 вольту.

4.5.2.4 Вход II осциллографа соединить с гнездом КТ4. Коммутатор входов осциллографа установить в положение, соответствующее визуализации напряжения, подаваемого на вход II. Синхронизация развертки – по входу I. Длительность развертки 50 мкс/дел.

4.5.2.5 Наблюдать на экране осциллографа форму напряжения, модулированного по амплитуде (А3Е). Изменять в некоторых пределах величину напряжения НЧ регулятором «УСИЛЕНИЕ ЗЧ», наблюдать изменение глубины модуляции. Установить глубину модуляции, приблизительно равную 0,5. В дальнейшем не изменять положение регулятора «УСИЛЕНИЕ ЗЧ». Записать значение напряжения U_НЧ0,5  на выходе генератора НЧ, при котором m=0,5.

4.5.2.6 Определение спектрального состава АМ сигнала с помощью анализатора спектра:

 

-  регулятором «ЧУВСТВ.» установить максимальную чувствительность АС. Регулятор «ЧАСТОТА – грубо» установить в крайнее левое положение;

-  регулятором «УСТ. 0» установить стрелку вольтметра на нулевое деление шкалы;

-  подать на вход АС анализируемое напряжение;

-  медленно вращая регулятор «ЧАСТОТА – грубо» по часовой стрелке, добиться отклонения стрелки вольтметра. Записать частоту спектральной составляющей.

 

4.5.3 Ознакомиться с работой балансного амплитудного модулятора и параметрами АМ сигнала с полностью подавленной несущей

4.5.3.1 Вход анализатора спектра соединить с гнездом КТ5^I. Вход II осциллографа соединить с гнездом КТ5.

4.5.3.2 Наблюдать на экране осциллографа форму напряжения на выходе балансного модулятора. Изменяя в некоторых пределах величину выходного напряжения генератора НЧ, наблюдать изменение глубины модуляции. Установить U_НЧ0,5.

4.5.3.3 Определение спектрального состава сигнала с помощью анализатора спектра:

-  регулятором «ЧУВСТВ.» установить максимальную чувствительность АС. Регулятор «ЧАСТОТА – грубо» установить в крайнее левое положение;

-  регулятором «УСТ. 0» установить стрелку вольтметра на нулевое деление шкалы;

-  подать на вход АС анализируемое напряжение;

-  медленно вращая регулятор «ЧАСТОТА – грубо» по часовой стрелке, добиться отклонения стрелки вольтметра. Записать частоту спектральной составляющей.

 

4.5.4 Ознакомиться с работой однополосного модулятора и параметрами ОМ сигнала J3Е

4.5.4.1 Вход анализатора спектра соединить с гнездом КТ6^I. Вход II осциллографа соединить с гнездом КТ6.

4.5.4.2 Наблюдать на экране осциллографа форму напряжения на выходе полосового фильтра. Изменяя в некоторых пределах величину выходного напряжения генератора НЧ, наблюдать изменение сигнала. Установить напряжение на выходе генератора НЧ U_НЧ0,5.

4.5.4.3 Определить спектральный состав сигнала с помощью анализатора спектра.

4.5.4.4 Уменьшать частоту модулирующего напряжения НЧ. Отметить, при какой частоте F_{НЧ МИН} произойдет пропадание напряжения в КТ6. Соотнести следующие величины: f_ВЧ ,f_Ф , ∆f_Ф, F_{НЧ МИН}. Сделать необходимые выводы.

4.5.4.5 Установить частоту генератора НЧ, равную 10 кГц. Убедиться в появлении сигнала в КТ6.

Плавно уменьшать f_ВЧ . Отметить, при какой частоте f_ВЧ1 произойдет пропадание напряжения в КТ6. Соотнести следующие величины: f_ВЧ1 ,f_Ф , ∆f_Ф, F_НЧ. Сделать необходимые выводы.

 

4.5.5 Определить влияние частоты модулирующего напряжения на спектральный состав АМ сигнала

4.5.5.1 Вход анализатора спектра соединить с гнездом КТ4^I. Вход II осциллографа соединить с гнездом КТ4.

Установить частоту генератора НЧ, равную 15 кГц. Установить напряжение на выходе генератора НЧ U_НЧ0,5. Определить спектральный состав сигнала с помощью анализатора спектра:

-  регулятором «ЧУВСТВ.» установить максимальную чувствительность АС. Регулятор «ЧАСТОТА–грубо» установить в крайнее левое положение;

- регулятором «УСТ. 0» установить стрелку вольтметра на нулевое деление шкалы;

- подать на вход АС анализируемое напряжение;

-  медленно вращая регулятор «ЧАСТОТА–грубо» по часовой стрелке, добиться отклонения стрелки вольтметра. Записать частоту спектральной составляющей;

- таким же образом выявить частоты всех спектральных составляющих, находящихся в диапазоне перестройки АС. Записать их частоты;

- повторить анализ. При обнаружении очередной спектральной составляющей регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра в пределах 5–10 делений. Регулятором «ЧАСТОТА–точно» произвести подстройку частоты по максимальному отклонению стрелки вольтметра. Регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра на деление «10».

 

4.5.5.2 Вход анализатора спектра соединить с гнездом КТ5^I. Вход II осциллографа соединить с гнездом КТ5. Определить спектральный состав сигнала с помощью анализатора спектра:

- регулятором «ЧУВСТВ.» установить максимальную чувствительность АС. Регулятор «ЧАСТОТА – грубо» установить в крайнее левое положение;

        -  регулятором «УСТ. 0» установить стрелку вольтметра на нулевое деление шкалы;

-  подать на вход АС анализируемое напряжение;

-  медленно вращая регулятор «ЧАСТОТА–грубо» по часовой стрелке, добиться отклонения стрелки вольтметра. Записать частоту спектральной составляющей;

- таким же образом выявить частоты всех спектральных составляющих, находящихся в диапазоне перестройки АС. Записать их частоты;

-  повторить анализ. При обнаружении очередной спектральной составляющей регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра в пределах 5 – 10 делений. Регулятором «ЧАСТОТА–точно» произвести подстройку частоты по максимальному отклонению стрелки вольтметра. Регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра на деление «10».

 

        4.5.5.3 Вход анализатора спектра соединить с гнездом КТ6^I. Вход II осциллографа соединить с гнездом КТ6. Определить спектральный состав сигнала с помощью анализатора спектра:

-  регулятором «ЧУВСТВ.» установить максимальную чувствительность АС. Регулятор «ЧАСТОТА–грубо» установить в крайнее левое положение;

-  регулятором «УСТ. 0» установить стрелку вольтметра на нулевое деление шкалы;

-  подать на вход АС анализируемое напряжение;

- медленно вращая регулятор «ЧАСТОТА–грубо» по часовой стрелке, добиться отклонения стрелки вольтметра. Записать частоту спектральной составляющей;

- таким же образом выявить частоты всех спектральных составляющих, находящихся в диапазоне перестройки АС. Записать их частоты;

- повторить анализ. При обнаружении очередной спектральной составляющей регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра в пределах 5 – 10 делений. Регулятором «ЧАСТОТА–точно» произвести подстройку частоты по максимальному отклонению стрелки вольтметра. Регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра на деление «10».

 

    4.6 Отчет должен содержать:

         - таблицы и графики экспериментальных данных;

         - выводы, к которым пришли, сравнивая полученные экспериментальные данные с теоретическими.

 

         4.7 Контрольные вопросы

 

         1.Назовите преимущества передачи сообщений с однополосной модуляцией перед передачей с АМ.

         2.Для каких целей используется балансный модулятор?

        3.В чем назначение полосового фильтра?.

        4.Как определить полосу пропускания полосового фильтра?

        5.От чего зависят энергетические показатели однополосной модуляции?

        6.В чем разница между классами излучения А3Е, Н3Е, J3Е и R3Е?

        7.Можно ли получить однополосную модуляцию без балансного модулятора?

         8.Как с помощью анализатора спектра наблюдать наличие и величину боковой составляющей?

5 Лабораторная работа №5. Исследование синтезатора частоты

 

5.1 Цель работы

 

Изучить принципы построения синтезаторов частот в возбудителях

передатчиков, экспериментально исследовать синтезатор частоты с импульсно-фазовым компаратором.

 

5.2  Краткая характеристика исследуемой цепи

 

Исследуемый макет (рисунок 5.1) представляет собой синтезатор частоты с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты. Структурная схема синтезатора частоты включает в себя:

       -  кварцевый опорный (эталонный) генератор (ОГ) с частотой 500 кГц;

        - делитель частоты с фиксированным коэффициентом деления М (ДФКД);

        - генератор, управляемый напряжением (ГУН);

        - делитель частоты с переменным коэффициентом деления N (ДПКД);

         - импульсно-фазовый компаратор (ИФК), являющийся основным звеном кольца фазовой автоподстройки частоты;

         - фильтр низкой частоты (ФНЧ) с устройством запоминания уровня управляющего напряжения.

К дополнительным устройствам относится регулируемый источник управляющего напряжения. Напряжение питания ОГ и ГУН изменяется в небольших пределах с помощью переменного резистора «UПИТ».

Коэффициент деления М может принимать значения 50, 100, 200 и определяет шаг сетки частот. Изменение коэффициента деления осуществляется кнопочным переключателем «УСТАНОВКА М». Таким образом, в лабораторном макете могут быть получены три сетки частот с шагом 10 кГц, 5 кГц и 2,5 кГц соответственно.

Коэффициент деления N высвечивается трехразрядным индикатором и может принимать значения от 20 до 999. Изменение коэффициента деления N осуществляется подачей кодированной команды от устройства управления поразрядно кнопочным переключателем «УСТАНОВКА N».

В стационарном режиме работы синтезатора

                                               ,

а фазовый сдвиг между колебаниями на входе ИФК постоянен. Последний термин по отношению к импульсным последовательностям следует трактовать как разность фаз между их первыми гармониками.

Для смены рабочей частоты на соседнюю в сетке частот достаточно изменить значение N на единицу.

Выполнение лабораторной работы предполагает использование помимо лабораторной установки двухлучевого (двухканального) осциллографа.

         5.3  Домашнее задание

 

Основные вопросы курса, изучаемые перед выполнением работы

      5.3.1 Автогенераторы и управление их частотой. Параметры автогенераторов.

      5.3.2 Стабилизация частоты автогенераторов.

         5.3.3 Системы частотной и фазовой автоподстройки частоты.[1], с.247 – 257, 404 - 425.

         5.3.4 Подготовить заготовку отчета.

 

         5.4 Лабораторное задание

 

 5.4.1 Определение диапазона перестройки генератора, управляемого

напряжением (ГУН). Снятие характеристики управления. Определение нестабильности частоты ГУН при разомкнутой петле импульсно-фазовой автоподстройки частоты.

5.4.2      Определение параметров опорного генератора и расчет шага

сетки частот для М = 50, 100, 200.

         5.4.3 Расчет допустимых значений N для заданного шага сетки частот и измеренного диапазона перестройки ГУН.

        5.4.4 Расчет значений М и N для заданного диапазона частоты.

        5.4.5 Экспериментальная проверка правильности расчета М и N .

        5.4.6 Определение нестабильности частоты ГУН при замкнутой петле            импульсно-фазовой автоподстройки частоты.

 

        5.5 Методические указания

 

5.5.1 Определение диапазона перестройки генератора, управляемого напряжением (ГУН). Снятие характеристики управления.

Соединить КТ7 исследуемого макета со входом частотомера, расположенного на правой лицевой панели установки. Включить питание частотомера, переключатель режимов работы частотомера установить в положение «Внеш.».

Переключатель режимов работы тестера установить в положение, соответствующее измерению постоянного напряжения до 20 В. Напряжение с гнезд КТ6 подать на вход тестера. Регулятором «UПИТ» установить максимально возможное напряжение питания ГУН и ОГ. Записать величину UПИТ МАКС.

Вход тестера подключить к КТ5. Переключатель S1 установить в положение 2.

Регулятор «UУПР» повернуть против часовой стрелки до упора. Записать показания тестера (UУПР) и минимальное значение частоты ГУН, измеренное частотомером.

Изменяя величину UУПР от минимального до максимального, фиксировать значение частоты ГУН, соответствующее каждому значению UУПР. Полученные данные занести в таблицу 5.1. Построить характеристику управления ГУН. Определить максимальную частоту ГУН. Рассчитать диапазон перестройки ГУН.

Т а б л и ц а 5.1

UУПР, В
FГУН, кГц

 

5.5.2 Определение нестабильности частоты ОГ и ГУН при изменении питающего напряжения.

Изменяя величину UУПР, установить частоту ГУН, равную 500 кГц. Записать значение U^*УПР, соответствующее этой частоте.

Измерить и записать частоту опорного генератора, подключив вход частотомера к КТ1.

Вход тестера подключить к КТ6. Регулятором «UПИТ» установить минимально возможное напряжение питания ГУН и ОГ. Записать величину UПИТ МИН.             

Измерить и записать частоту опорного генератора.

Вход частотомера подключить к КТ7. Вход тестера подключить к КТ5. Регулятором «UУПР» установить UУПР = U^*УПР. Измерить и записать частоту ГУН.

Определить абсолютную и относительную нестабильность частоты ОГ и ГУН при изменении питающего напряжения. Сравнить полученные величины, сделать необходимые выводы.

Регулятором «UПИТ» установить максимально возможное напряжение питания ГУН и ОГ UПИТ МАКС.

 

5.5.3 Определение шага сетки частот для М = 50, 100, 200.

Рассчитать частоту импульсов на выходе ДФКД для М = 50, 100, 200. Подключить вход частотомера к КТ2 и, изменяя величину М с помощью переключателя «УСТАНОВКА М», сравнить полученные результаты с показаниями частотомера.

Полученные значения частоты определяют шаг сетки частот.

 

5.5.4 Расчет допустимых значений N для заданного шага сетки частот и измеренного диапазона перестройки ГУН.

Для М=50, 100, 200 и измеренного диапазона перестройки ГУН рассчитать допустимые значения N.

Для проверки правильности расчета установить значение М переключателем «УСТАНОВКА М».

Подключить вход частотомера к КТ7. Переключатель S1 установить в положение 1.

Нажатием кнопок «УСТАНОВКА N» последовательно изменять значение коэффициента деления N, высвечиваемое на индикаторе, от минимально возможного до максимального. При этом фиксировать показания частотомера. Убедиться в правильности произведенного расчета допустимых значений N.

                    

5.5.5 Расчет значений М и N для заданного диапазона частот и шага сетки частот. Экспериментальная проверка правильности определения М и N.

По заданному преподавателем диапазону работы синтезатора и шагу сетки частот  рассчитать значения М и N:

                                              ,

                                                  

        где F_Ш – шаг сетки частот;

f_МИН – минимальная частота заданного диапазона частот;

f_МАКС – максимальная частота заданного диапазона частот.

Установить рассчитанные значения М и N. Сравнить показания частотомера с заданными преподавателем значениями частоты. Изменяя значения N, убедиться в правильности установки шага сетки частот.

Определить по характеристике управления ГУН напряжения UУПР, соответствующие f_МИН и f_МАКС . Отметить эти точки на характеристике управления ГУН.

Вход тестера подключить к КТ5 (переключить ли S1 в положение 2). Измерить UУПР в КТ5 для f_МИН и f_МАКС  Сравнить полученные результаты с расчетными. Сделать необходимые выводы.

 

5.5.6 Определение нестабильности частоты ГУН при замкнутой петле импульсно-фазовой автоподстройки частоты.

Подбором М и N установить частоту ГУН, равную 500 кГц. Записать точное значение частоты. Регулятором «UПИТ» поочередно установить максимально и минимально возможное напряжение питания ГУН и ОГ.

Определить абсолютную и относительную нестабильность частоты ГУН при изменении питающего напряжения. Сравнить результаты вычислений с результатами, полученными в п.2, сделать необходимые выводы.

 

5.5.7 Осциллографирование процессов в петле импульсно-фазовой автоподстройки частоты.

Соединить вход «Y1» осциллографа с КТ2, а вход «Y2» – с КТ3. Синхронизация осциллографа – по входу «Y1». Переключая М и N, наблюдать изменение длительности и взаимного расположения импульсов в КТ2 и КТ3. Вход «Y2» подключить к КТ4. Переключая М и N в пределах допустимых значений N, наблюдать процессы, происходящие в КТ2 и КТ4. Проследить за показаниями частотомера и тестера, подключенного к КТ5.

 

   5.6 Отчет должен содержать:

         - таблицы и графики экспериментальных данных;

         - выводы, к которым пришли, сравнивая полученные экспериментальные данные с теоретическими.

 

         5.7 Контрольные вопросы

         1. Какими параметрами характеризуется нестабильность частоты и фазы радиопередатчика?

         2.Приведите примеры дестабилизирующих факторов и механизм их влияния на нестабильность частоты автогенератора.

         3.Поясните принцип работы системы ФАПЧ.

         4.Поясните назначение ДФКД и ДПКД.

         5.Укажите основные принципы построения синтезаторов частот.

         6.Укажите основные преимущества кварцевого автогенератора.

         7. Поясните принцип работы генератора управляемого напряжением.

         8.Как связаны девиация частоты и индекс угловой модуляции с параметрами управляющегосигнала?

 

        6 Лабораторная работа №6. Исследование автогенератора с часотной модуляцией

 

6.1 Цель работы

 

        Изучить параметры ЧМ сигналов, способы реализации частотной модуляции, принципы построения автогенераторов, управляемых по частоте; экспериментально исследовать автогенератор, в котором возможно осуществление частотной модуляции.

 

 

6.2 Краткая характеристика исследуемой цепи

 

             Рисунок 6.1 – Внешний вид лицевой панели сменного блока

 

        Исследуемый макет (рисунок. 6.1) представляет собой автогенератор с варикапом в колебательном контуре. Генератор перестраивается по частоте в

диапазоне 400 кГц – 470 кГц. Напряжение смещения на варикап подается из правого стационарного блока лабораторной установки, регулируется переменным резистором «СМЕЩЕНИЕ» от 0 до 10 вольт и измеряется встроенным вольтметром.

         Модулирующее напряжение звуковой частоты подается на вход автогенератора через КТ1.

         Выполнение лабораторной работы предполагает использование дополнительного оборудования: генератора радиочастоты, осциллографа и анализатора спектра (либо селективного вольтметра), работающего в диапазоне 400 кГц – 500 кГц.

 

6.3 Домашнее задание  

 

6.3.1 Основные характеристики и параметры радиосигналов с угловой

модуляцией.

6.3.2      Методы осуществления частотной модуляции.

6.3.3      Автогенераторы   и   управление   их   частотой.    Параметры

автогенераторов.

          6.3.4 Методы повышения линейности, широкополосности и стабильности   средней частоты при частотной модуляции [1], с.393 – 435.

         6.3.5  Подготовить заготовку отчета.

 

6.4 Лабораторное задание

 

6.4.1 Ознакомление с устройством сменного блока.

6.4.2 Снятие   детекторной    характеристики   частотного   детектора  и

определение ее квазилинейного участка.

6.4.3      Снятие   регулировочной   характеристики   автогенератора    и

определение ее квазилинейного участка.

6.4.4      Снятие зависимости напряжения на выходе ЧД от напряжения

смещения на варикапе автогенератора.

6.4.5      Осуществление частотной модуляции колебаний автогенератора

синусоидальным напряжением звуковой частоты.

6.4.6      Снятие АЧХ автогенератора с ЧМ .

6.4.7      Аппаратное определение спектрального состава частотно-

модулированных колебаний.

 

          6.5 Методические указания   

 

          6.5.1  Ознакомиться с устройством сменного блока.

 

           6.5.2 Снять детекторную характеристику частотного детектора и определить ее квазилинейный участок.

           Для этого получить зависимость постоянной составляющей U= на выходе частотного детектора от изменения частоты подаваемого на вход детектора колебания  при отсутствии модуляции.

          Соединить аппаратуру согласно рисунку 6.2. Тумблер S1 на сменном блоке установить в нижнее положение. Тумблер «ГВЧ – ВНЕШ.»  частотомера лабораторной установки установить в положение «ВНЕШ».

          Изменять частоту генератора Г4-102  в пределах 410 - 510 кГц, при этом фиксировать величину U=  в КТ3^’ с помощью встроенного в правую стационарную панель тестера, включенного в режим измерения постоянного напряжения 20 V.

Результаты измерений занести в таблицу 6.1. Построить детекторную характеристику Uвых=f (fс) .

Определить среднюю fср  частоту на максимально линейном участке детекторной характеристики.

 

 

 

Т а б л и ц а 6.1                                                                

fс , кГц	410	…	…	…	…	510
U=, В
fср , кГц

 

         6.5.3 Снять регулировочную характеристику автогенератора и определить ее квазилинейный участок

        Тумблер S1 на сменном блоке установить в верхнее положение. Соединить аппаратуру согласно рисунку 6.3.

        Изменять напряжение смещения на варикапе автогенератора от 0 до 10 вольт переменным резистором «СМЕЩЕНИЕ», расположенным на правой стационарной панели лабораторной установки. Фиксировать в таблице 6.2 значения напряжения смещения и частоты автогенератора. Наблюдать на экране осциллографа изменение периода колебаний на выходе автогенератора при изменении напряжения смещения.

        Т а б л и ц а 6.2

UУПР, В	0	1	…	…	…	10
fГЕН , кГц
fср , кГц

        Построить регулировочную характеристику fГЕН= f (UУПР).

 

         6.5.4 Снять зависимость напряжения на выходе ЧД от напряжения смещения на варикапе автогенератора.

        Соединить аппаратуру согласно рисунку 6.4.

         Изменять напряжение смещения на варикапе автогенератора от 0 до 10 вольт переменным резистором «СМЕЩЕНИЕ», расположенным на правой стационарной панели лабораторной установки. Фиксировать в таблице 6.3 значения постоянного напряжения на выходе частотного детектора.

        Т а б л и ц а 6.3

UУПР, В	0	1	…	…	…	10
UВЫХ ЧД , В

        Построить зависимость UВЫХ ЧД = f (UУПР).

 

         6.5.5 Модулировать колебания автогенератора синусоидальным напряжением звуковой частоты

         Изменяя напряжение смещения варикапа, установить частоту автогенератора равной 450 кГц. Соединить аппаратуру согласно рисунку 6.5.

         Установить частоту генератора ЗЧ, равную 3 кГц, а напряжение на выходе генератора ЗЧ, равное 4 В. Наблюдать на экране осциллографа сопутствующее частотной модуляции изменение мгновенного значения фазы колебаний. Уменьшая (увеличивая) амплитуду и частоту напряжения ЗЧ,  проследить динамику изменения мгновенного значения фазы колебаний ВЧ. Сделать необходимые выводы. Снова установить частоту генератора ЗЧ, равную 3 кГц, а напряжение на выходе генератора ЗЧ равное 4 В.

Подключить вход осциллографа к гнезду КТ3. Наблюдать на экране осциллографа напряжение звуковой частоты на выходе частотного детектора. Уменьшая (увеличивая) амплитуду и частоту напряжения ЗЧ,  проследить изменение напряжения ЗЧ на выходе ЧД. Сделать необходимые выводы.

 

6.5.6 Снять АЧХ автогенератора с частотной модуляцией.

Соединить аппаратуру согласно рисунку 6.6.

Изменять частоту генератора ЗЧ от 50 Гц до 10 кГц, а напряжение на выходе генератора ЗЧ поддерживать равным 4 В. С помощью осциллографа наблюдать напряжение ЗЧ на выходе ЧД  и измерять его величину. Полученные данные занести в таблицу 6.4.

Т а б л и ц а 6.4

fЗЧ , кГц	0,05	…	…	…	…	10,0
UВЫХ ЧД , В

Построить зависимость UВЫХ ЧД = f(f_ЗЧ). АЧХ частотного детектора в указанной области частот считать линейной. Сделать необходимые выводы.

 

6.5.7 Определить спектральный состав частотно модулированных

колебаний.

          Соединить аппаратуру согласно рисунку 6.7. Произвести измерение частоты и напряжения спектральных составляющих колебаний на выходе ЧМ генератора  при следующих значениях частоты и напряжения модулирующих гармонических колебаний:

1)  F=1 кГц ,         U=1 В;        2)  F=3 кГц,         U=1 В;

3)  F=1 кГц ,         U=4 В;        4)  F=3 кГц,         U=4 В.

          Изобразить спектр ЧМ колебаний для указанных частот и напряжений в виде графиков.

 

    6.6 Отчет должен содержать:

         - таблицы и графики экспериментальных данных;

         - выводы, к которым пришли, сравнивая полученные экспериментальные данные с теоретическими.

 

         6.7 Контрольные вопросы

         1.Укажите области применения и основные параметры угловой модуляции в радиопередатчиках различного назначения.

         2.Поясните принцип работы автогенератора с ЧМ с помощью варикапа.

         3.Приведите примеры схем фазовых модуляторов.

         4.Приведите примеры спектров узкополосного и широкополосного ЧМ колбаний.

         5.Укажите основные принципы построения ЧМ модуляторов.

         6.Каковы причины возникновения нелинейных искажений в ЧМ модуляторе?

Приложение А

Методика проведения работ с анализатором спектра

 

Анализатор спектра (АС) представляет собой селективный вольтметр гетеродинного типа с узкой полосой пропускания. Для включения анализатора спектра необходимо нажать кнопку «АНАЛИЗАТОР» на панели частотомера. При этом на индикаторе частотомера высвечивается частота настройки селективного вольтметра. Настройка селективного вольтметра изменяется регуляторами «ЧАСТОТА – грубо – точно».

Анализируемое напряжение подается на вход анализатора спектра. При совпадении частоты настройки АС и частоты какой-либо спектральной составляющей анализируемого напряжения отклоняется стрелка вольтметра, расположенного правее индикатора частотомера. Отклонение стрелки пропорционально амплитуде спектральной составляющей. Чувствительность АС изменяется регулятором «ЧУВСТВ.», что позволяет определить соотношение амплитуд спектральных составляющих в исследуемом сигнале. Вольтметр защищен от перегрузки, что позволяет производить поиск спектральных составляющих анализируемого сигнала при максимальной чувствительности АС.

АС имеет схему «захвата и удержания» частоты. При совпадении частоты настройки АС и частоты какой-либо спектральной составляющей анализируемого напряжения схема уменьшает возможности ручной перестройки частоты АС, что в значительной степени облегчает точную настройку на частоту спектральной составляющей.

В любом случае перед проведением спектрального анализа желательно четко представлять спектральную структуру того сигнала, который подвергается анализу.

Алгоритм проведения спектрального анализа.

1. Регулятором «ЧУВСТВ.» установить максимальную чувствительность АС. Регулятор «ЧАСТОТА – грубо» установить в крайнее левое положение.

2. Регулятором «УСТ. 0» установить стрелку вольтметра на нулевое деление шкалы.

3. Подать на вход АС анализируемое напряжение.

4. Медленно вращая регулятор «ЧАСТОТА – грубо» по часовой стрелке, добиться отклонения стрелки вольтметра. Записать частоту спектральной составляющей.

5. Таким же образом выявить частоты всех спектральных составляющих, находящихся в диапазоне перестройки АС. Записать их частоты.

6. Повторить анализ. При обнаружении очередной спектральной составляющей регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра в пределах 5 – 10 делений. Регулятором «ЧАСТОТА – точно» произвести подстройку частоты по максимальному отклонению стрелки вольтметра. Регулятором «ЧУВСТВ.» установить стрелку вольтметра на деление «10».

При обнаружении следующей спектральной составляющей корректировать чувствительность АС только в сторону ее понижения. Таким образом, выявляется частота спектральной составляющей с максимальной амплитудой и определяется соотношение амплитуд спектральных составляющих в исследуемом сигнале.

Примечание. Погрешность частотомера не более 0,2 кГц, погрешность установки частоты узкополосного фильтра селективного вольтметра не более 0,2 кГц. Суммарная погрешность АС не более 0,4 кГц.

 

 

Список литературы

 

1.   Радиопередающие устройства. В.В. Шахгильдян, В.Б. Козырев,   

   А.А. Ляховкин и др. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003.   

   – 559с.

2.   Радиопередающие устройства. М.С. Шумилин, О.В. Головин, Э.А.

    Шевцов, В.П. Севальнев.- М.: Радио и связь, 1990. – 408с.

3.   Радиопередающие устройства. Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.:

    Связь, 1980.

4.   Остапенко Г.С.  Усилительные  устройства: Учеб. пос. для учебных 

    заведений. - М.:Радио и связь, 1989.

5.   Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на  

    полупроводниковых  приборах.  -М.: Высшая школа, 1989.

6.   Радиопередающие устройства / Под ред. В.В. Шахгильдяна - М.: 

     Радио и связь, 1996.

        7. Проектирование радиопередающих устройств. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 1984. – 559с.

        8. Проектирование радиопередающих устройств. Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003. – 453с.

 

Содержание

 

1 Лабораторная работа № 1.  Исследование LC автогенератора
1.1 Цель работы
1.2 Краткая характеристика исследуемой цепи
1.3 Домашнее задание
1.4 Лабораторнре задание
1.5 Методические указания
1.6 Содержание отчета
1.7 Контрольные вопросы
2 Лабораторная работа № 2.  Исследование RC генератора
2.1 Цель работы
2.2 Краткая характеристика исследуемой цепи
2.3 Домашнее задание
2.4 Лабораторнре задание
2.5 Методические указания
2.6 Содержание отчета
2.7 Контрольные вопросы
3 Лабораторная работа № 3.  Автоколебательная LC цепь под        внешним воздействием
3.1 Цель работы
3.2 Краткая характеристика исследуемой цепи
3.3 Домашнее задание
3.4 Лабораторнре задание
3.5 Методические указания
3.6 Содержание отчета
3.7 Контрольные вопросы
4 Лабораторная работа № 4.  Исследование однополосной    модуляции
4.1 Цель работы
4.2 Краткая характеристика исследуемой цепи
4.3  Домашнее задание
4.4 Лабораторнре задание
4.5 Методические указания
4.6 Содержание отчета
4.7 Контрольные вопросы
5 Лабораторная работа № 5. Исследование синтезатора частоты
5.1 Цель работы
5.2 Краткая характеристика исследуемой цепи
5.3  Домашнее задание
5.4 Лабораторнре задание
5.5 Методические указания
5.6 Содержание отчета
5.7 Контрольные вопросы
6 Лабораторная работа № 6. Исследование автогенератора с    частотной модуляцией
6.1 Цель работы
6.2 Краткая характеристика исследуемой цепи
6.3  Домашнее задание
6.4 Лабораторнре задание
6.5 Методические указания
6.6 Содержание отчета
6.7 Контрольные вопросы
Приложение А
Список литературы