Передатчик АМ методичка


ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Радиотехника»












Методические рекомендации
к выполнению лабораторных работ
на учебной установке


"ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАТЧИКА АМ СИГНАЛОВ"

по курсу
УСТРОЙСТВА ГЕНЕРИРОВАНИЯ И ФОРМИРОВАНИЯ
РАДИОСИГНАЛОВ















Ижевск 2007





Введение

Методические указания к выполнению лабораторных работ на учебной установке "Исследование передатчика АМ сигналов" предназначены для студентов специальностей 210700 Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте, 201100 "Радиосвязь, радиовещание и телевидение". Содержание работ соответствует программе курса "Устройства генерирования и формирования радиосигналов" и ориентировано на учебник: Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Учебник для вузов / Л.А. Белов, В.М. Богачев, М.В. Благовещенский и др.; Под ред. Г.М. Уткина, В.Н. Кулешова и М.В. Благовещенского. 2-е изд., перерераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1994. – 416 с.:ил. Все ссылки [ Л ] в методических указаниях даны на указанный учебник.
Выполнение лабораторных работ складывается из трех этапов: подготовки к работе, экспериментальной части, анализа полученных результатов. Цель методических указаний состоит в оказании помощи студентам при подготовке к работе, в проведении измерений и анализе их результатов. Указания также содержат схемы основных узлов учебной установки, поверочных расчетов и форматы, используемые при снятии экспериментальных данных.



Лабораторная работа №1
Изучение схемы учебной установки

Цель работы:
Изучение схемы лабораторной установки и получение навыков по его включению и проведению измерений.


Задание:
Изучить структурную лабораторной установки (рис.1), установить число каскадов и их назначение.
Изучить принципиальные схемы отдельных каскадов (рис.2, 3, 4, 5), схемы питания отдельных транзисторов.
Ознакомиться с контрольными точками схемы, предназначенными для проведения измерений.
Включить лабораторный макет и измерительную аппаратуру. Определить амплитуду и частоту выходных колебаний.

Указания к выполнению работы:
1. Вначале необходимо разобраться в схеме учебной установки. Изучение схемы следует начать с определения на принципиальных схемах (рис. 2 - 5) отдельных каскадов структурной схемы (рис.1).
Задающий генератор (LC АГ) построен по двухкаскадной схеме (рис.2). Первый каскад на транзисторе VT1 - собственно автогенератор, а второй каскад на транзисторе VT2 является буферным усилителем. Во всех каскадах передатчика использованы транзисторы КТ315Б. Характеристики транзистора КТ315Б приведены на рис.6. Автогенератор собран по схеме емкостной трехточки. Два конденсатора по 820 пФ , индуктивность L=15мкГ, конденсатор в цепи обратной связи емкостью 47пФ и емкость транзистора определяют частоту автоколебательного контура. Резисторы в цепи базы и эмиттера VT1 обеспечивают смещение на базе транзистора. Межкаскадная связь выполнена по трансформаторной схеме. Транзистор второго каскада VT2 включен по схеме эмиттерного повторителя, что обеспечивает необходимую развязку между задающим генератором и последующими каскадами передатчика.
Вместо LC-генератора в схему с помощью переключателя S2 (рис.1) можно включить кварцевый автогенератор (рис.3). Автогенератор с кварцевым резонатором построен на транзисторе VT3 по осцилляторной схеме, кварцевый резонатор включен в цепь между коллектором и базой. Следующий за кварцевым автогенератором каскад на транзисторе VT4 является буферным, аналогично тому, что построен на транзисторе VT2. Теоретический материал, помогающий при изучении схемы кварцевого автогенератора, помещен в [ Л ] , гл.8.
Питание транзисторов автогенераторов осуществляют от стабилизированного выпрямителя с выходным напряжением 9В , 7В , 5В. Изменение напряжения питания производят переключателем Uпит. ЗГ. Для исследования автогенераторов в учебную установку включено устройство нагрева, собранное по схеме рис.7. Принцип работы устройства нагрева состоит в следующем. При включении тумблера "нагрев" (рис.1) подается питание на стабилизатор тока, собранный на транзисторах VT14, VT15 и VT16. При этом через транзистор VT15 протекает ток порядка 350...450 мА, нагревая этот транзистор вместе с радиатором. В результате температура внутри блока задающих генераторов растет, достигая величины 500С. При этой температуре срабатывает (замыкается) термоконтакт t0, загорается светодиод VD1, одновременно открывается транзистор VT13, что приводит к запиранию источника тока (уменьшается смещение на базе VT13) и временно прекращается подогрев блока.
Следующим за задающим генератором блоком является умножитель частоты (рис.4). Умножитель частоты построен на транзисторе VT5 по резонансной схеме. Колебательный контур в коллекторной цепи транзистора настроен на 3-ю гармонику входной частоты, что обеспечивает ее выделение в выходной цепи. Далее следует буферный усилитель на транзисторе VT6 для развязки блока умножителя с каскадом усиления. Принципы построения умножителей частоты рассмотрены в [ Л ], гл. 7.
Блок усиления мощности (рис.5) состоит из двух каскадов: предварительного усилителя мощности на транзисторе VT7 и оконечного усилителя мощности на транзисторе VT9. Усилитель на VT8 является вспомогательным и служит для развязки измерительного гнезда КТ4 от схемы усилителя. Предварительный усилитель использован в макете для получения сигнала с амплитудной модуляцией (амплитудный модулятор на рис.1). Модулирующее напряжение низкой частоты подают между эмиттером и корпусом транзистора VT7. В результате по закону напряжения низкой частоты меняется напряжение между базой и эмиттером VT7. Таким образом, в каскаде осуществляется модуляция смещением. Модулирующее напряжение получают в RC-автогенераторе, собранном на транзисторах VT11-VT12. После усиления в эмиттерном повторителе на транзисторе VT10 низкочастотное напряжение подают на эмиттер VT7.
Оконечный усилитель мощности выполнен на транзисторе VT9. Нагрузкой каскада является антенна, либо ее эквивалент, подключенные к транзистору VT9 через колебательную систему в виде П-образного контура. Этот контур обеспечивает фильтрацию высших гармоник и согласование сопротивления нагрузки оконечного каскада с эквивалентным сопротивлением нагрузки транзистора. Переключатель S4 обеспечивает подсоединение антенны или эквивалента. Вопросы, связанные с построением схемы оконечного каскада, рассмотрены в [Л ], гл. 3, 4.

2. Включить макет. Включить измерительную аппаратуру: осциллограф, частотомер, вольтметр. Установить режим усиления радиочастотных колебаний (без модуляции). Измерить частоту колебаний задающего генератора, частоту колебаний на выходе передатчика, амплитуду выходного напряжения. Проверить работу схемы во всех контрольных точках макета.

Вопросы к зачету:
1. Объясните назначения всех каскадов передатчика .
2. Укажите на принципиальной схеме цепи питания всех каскадов. Укажите элементы блокировки, используемые в цепях питания для фильтрации напряжений радиочастоты.

Содержание отчета:
Отчет должен содержать структурную схему лабораторного макета, результаты измерений в контрольных точках макета.





Лабораторная работа №2
Исследование усилителя мощности радиочастоты

Цель работы:
Изучить схему усилителя мощности радиочастоты, произвести измерения энергетических показателей и расчет выходной колебательной системы.

Задание:
1. Включить лабораторный макет и контрольно-измерительную аппаратуру.
2. Измерить напряжение возбуждения на входе оконечного каскада.
3. Измерить напряжение на эквиваленте нагрузки оконечного каскада.
4. Произвести расчет выходной колебательной системы.
5. Определить режим работы транзистора выходного усилителя мощности.

Указания по подготовке к работе:

1. Изучить по учебнику [ Л ] материалы глав 2, 3 , 4:
Статические характеристики генераторных ламп и транзисторов,
Идеализация статических характеристик электронных приборов,
Входные, межкаскадные и выходные цепи связи,
Схемы генераторов с резонансными цепями связи,
Цепи питания генераторов по постоянному току.
2. Подготовить бланк отчета, поместив в него схему выходного усилителя мощности учебной установки.
3. На принципиальной схеме (рис.5) найти элементы выходной колебательной системы (П-контура) и определить его резонансную частоту.

Указания к выполнению работы:
1. Проверить схему установки для проведения измерений: наличие осциллографа, частотомера, вольтметра.
2. Включить лабораторный макет и измерительные приборы.
3. Измерить частоту радиочастотного напряжения.
4. Измерить амплитуду входного напряжения на транзисторе выходного усилителя.
5. Измерить амплитуду напряжения радиочастоты на эквиваленте нагрузки.
6. Произвести расчет выходной колебательной системы.
7. Сделать заключение о режиме работы транзистора выходного усилителя мощности: с отсечкой или без отсечки коллекторного тока, недонапряженный или перенапряженный. При этом использовать данные о постоянных напряжениях питания на электродах транзистора, измеренные и рассчитанные значения радиочастотных напряжений и токов, а также статические характеристики транзистора (рис. 6).

Указания к выполнению энергетического расчета:
1. Транзистор оконечного усилителя мощности работает при следующих напряжениях на его электродах:
Еб_корпус = 0,58В
Еэ_корпус = 0,08В
Ек_корпус = 8,50В
Следовательно, постоянные напряжения
Екэ 13 EMBED Equation.2 1415 8,5В, Ебэ = 0,68В.
2. Постоянная составляющая коллекторного тока
IK0 13 EMBED Equation.2 1415 Iэ0 = Еэ_корпус / 8.2 = 10мА
3. Для определения радиочастотного напряжения на коллекторе необходимо произвести расчет выходной колебательной системы. Она представляет собой П-образный контур (рис.8), с нагрузкой в виде сопротивления эквивалента Rн = 100 Ом. Значения элементов контура: конденсаторов С1, С2 и индуктивности L находим по схеме рис.5. Последующий расчет служит для определения эквивалентного сопротивления нагрузки транзистора RЕК и амплитуды напряжения первой гармоники на его коллекторе Uk1.
4. Вносимое в контур сопротивление

13 EMBED Equation.2 1415

где xC2 13 EMBED Equation.2 1415(Ом) , 13 EMBED Equation.2 1415 - длина волны радиочастотного напряжения в метрах, С2 - емкость в пикофарадах.13 EMBED Equation.2 1415
5. Характеристическое сопротивление контура

13 EMBED Equation.2 1415

где xL = 13 EMBED Equation.2 1415 (Ом), xC1 = 13 EMBED Equation.2 1415(Ом)

6. Потери в контуре

rпот = xL / Qхх , где Qхх 13 EMBED Equation.2 1415 100 - добротность холостого хода.

7. Нагруженная добротность контура Q = Z0 / ( rвн + rпот).
8. Эквивалентное сопротивление нагрузки транзистора
RЕК = 13 EMBED Equation.2 1415
9. Ток в контуре

Ik = 13 EMBED Equation.2 1415 ,

где UН - амплитуда напряжения, измеренного на нагрузке.
10. Колебательная мощность, развиваемая транзистором,

P1 = 0,5 Ik2 ( rвн + rпот).

11. Амплитуда радиочастотного напряжения на транзисторе

Uk1 = 13 EMBED Equation.2 1415

12. Амплитуда первой гармоники коллекторного тока

Ik1 = 2 P1 / Uk1

13. По отношению величин IK0 и Ik1 можно определить угол отсечки коллекторного тока транзистора, а по отношению Uk1 / Екэ и характеристикам транзистора (рис.6) характер напряженности режима.

Вопросы для подготовки к работе:
1. Дать краткую характеристику исследуемого усилителя мощности:
1.1 На каком транзисторе, по какой схеме построен каскад.
1.2 Тип используемой колебательной системы.
1.3 Указать элементы колебательной системы и элементы блокировки в цепях питания коллектора и базы.
1.4 В каком элементе схемы выделяется мощность, развиваемая каскадом.
2. В каких режимах можно использовать транзистор усилителя мощности при усилении немодулированных колебаний.

Вопросы к зачету:
1. В каком режиме работает транзистор оконечного каскада усилителя мощности.
2. Как определить эквивалентное сопротивление нагрузки транзистора по данным колебательной системы и сопротивлению антенны (фидера).
3. Что такое электронный КПД транзистора, КПД колебательной системы.
4. От каких параметров зависит КПД усилителя мощности.
5. Какие изменения нужно внести в схему чтобы иметь возможность изменять режим работы усилителя мощности (угол отсечки и напряженность режима).
6. Что произойдет с усилителем мощности, если
а) нагрузку Rн замкнуть накоротко
б) нагрузку Rн оборвать

Содержание отчета:
1. Схема оконечного каскада усилителя мощности.
2. Схема измерений и типы измерительных приборов.
3. Результаты измерений и расчет выходной колебательной системы.
4. Оценка режима работы транзистора оконечного каскада усилителя мощности.
Лабораторная работа №3
Исследование умножителя частоты
Цель работы:
Изучить схему умножителя частоты на транзисторе и измерить основные параметры схемы.

Задание:
1. Включить схему учебного передатчика.
2. Измерить амплитуду и частоту напряжения на входе умножителя.
3. Измерить амплитуду и частоту напряжения на выходе умножителя.
4. Рассчитать резонансную частоту фильтрующего контура в схеме.

Указания по подготовке к работе:
Изучить по учебнику [ Л ] материалы гл.7 "Умножители частоты.
Подготовить бланк отчета, поместив в него схему умножителя частоты (рис.4).
3. По элементам схемы (рис.4) рассчитать резонансную частоту фильтрующего контура в коллекторной цепи транзистора VT5.

Указания к выполнению работы:
1. Проверить схему установки для проведения измерений: наличие осциллографа, вольтметра, частотомера.
2. Включить лабораторный макет и измерительные приборы.
3. Измерить амплитуду и частоту напряжения на входе умножителя (в гнездах КТ1, КТ1' ).
4. Измерить амплитуду и частоту напряжения на выходе умножителя (в гнездах КТ2, КТ2' ).

Вопросы для подготовки к работе:
1. Какие функции выполняют умножители частоты в передатчиках.
2. По какой схеме построен умножитель в учебной установке.
3. Какие элементы схемы обеспечивают фильтрацию третьей гармоники на выходе, какие элементы схемы являются блокировочными в цепях питания постоянным током.

Вопросы к зачету:
1. Как выбирают режим работы транзистора в схеме утроителя частоты.
2. Поясните механизм умножения частоты (почему частота выходного колебания отличается в 3 раза от входной).
3. Что является нагрузкой умножителя частоты.

Содержание отчета:
1. Схема умножителя частоты с подключенными измерительными приборами.
2. Результаты измерений в контрольных точках.

Лабораторная работа №4

Исследование нестабильности частоты автогенераторов

Цель работы:
Выявить влияние различных дестабилизирующих факторов на частоту, генерируемую автогенераторами и произвести сравнение стабильности частоты автогенератора, стабилизированного кварцевым резонатором, и стабильности частоты LC-автогенератора.

Задание:
1. Включить схему учебного передатчика и установить исходный режим работы LC- автогенератора: Епит=9В.
2. Исследовать влияние питающих напряжений LC-автогенератора на генерируемую частоту.
3. Исследовать влияние изменения температуры LC-автогенератора на генерируемую частоту.
4. Переключить схему автогенераторов на кварцевый автогенератор.
5. Исследовать влияние питающих напряжений на автогенератор с кварцевой стабилизацией.
6. Исследовать влияние изменения температуры на автогенератор с кварцевой стабилизацией.

Указания по подготовке к работе:
1. Изучить материалы разделов учебника [ Л ], гл.
Транзисторные автогенераторы,
Нестабильность частоты автогенераторов,
Цепи питания автогенераторов,
Автогенераторы с кварцем.
2. Подготовить бланк отчета, поместив в него схемы LC-автогенератора, автогенератора, стабилизированного кварцевым резонатором, и схему проведения измерений.
3. Рассчитать по элементам принципиальной схемы учебной установки частоту, генерируемую LC-автогенератором. При этом использовать принципиальную схему LC-автогенератора (рис.2).

Указания к выполнению работы:
1. Проверить схему установки для проведения измерений: наличие осциллографа и частотомера.
2. Включить учебный передатчик и измерительные приборы.
3. Установить переключатель S2 (рис.1) в положение, соответствующее подключению LC-автогенератора. Установить Епит=9В .
4. Изменяя напряжение коллекторного питания Епит от 9В до 5В измерить значения частоты автогенератора и амплитуду колебаний при комнатной температуре. Амплитуду колебаний измерять с помощью осциллографа на выходе буферного усилителя задающего генератора. Результаты измерений занести в табл. 4.1.
5. Установить переключатель S2 в положение, соответствующее подключению кварцевого автогенератора. Изменяя напряжение питания Епит от 9В до 5В измерить значения частоты автогенератора и амплитуды колебаний при комнатной температуре. Результаты измерений занести в табл.4.1.
6. С помощью переключателя S2 вновь подключить LC-автогенератор. Изменить температуру в блоке автогенератора, включив с помощью тумблера "Нагрев", устройство нагрева.
Выждать время, необходимое для установки температуры в блоке автогенераторов около 500С. После установки температуры загорится лампочка "Режим". Чтобы обеспечить прогрев всех элементов блока, выждать приблизительно 5 - 10 мин. После этого заново выполнить пункт 4. при температуре 500С. Результаты измерений занести в табл.4.1.
7. Произвести измерения частоты кварцевого автогенератора при температуре 500С в соответствии с пунктом 5. Результаты измерений занести в табл.4.1.


Таблица 4.1
Вид
автогенератора
Епит., В
Комнатная температура
Частота Амплитуда
Температура 50 град С
Частота Амплитуда

LC-
9





автогенератор
7






5





Кварцевый
9





автогенератор
7






5







8. Рассчитать относительную нестабильность частоты LC-автогенератора и автогенератора с кварцем при изменении питающих напряжений и температуры. Для этого на основе результатов табл.4.1. вычисляют df / dEпит и находят относительную нестабильность частоты при изменении напряжения питания на 0,1В и 0,5В соответственно. Точно так же определяют отношение df / dto , где dto = 500С - toкомн. , и вычисляют относительную нестабильность частоты при изменении температуры на 10С.

Вопросы для подготовки к работе:
1. Указать, к какому классу схем относится LC-автогенератор (рис.2) в учебной установке. Доказать, что в схеме выполняется условие баланса фаз.
2. На схеме LC-автогенератора указать элементы, определяющие частоту автоколебаний, элементы цепи обратной связи, элементы схемы автоматического смещения, элементы блокировки в цепях подачи напряжения питания.
3. Объяснить необходимость включения буферного усилителя между выходом автогенератора и умножителем частоты.
4. Указать, к какому классу схем относится кварцевый автогенератор в учебном передатчике.
5. Что такое абсолютное и относительное изменение частоты автогенератора.

Вопросы к зачету:
1. Объяснить, почему при изменении питающего напряжения меняется частота LC-автогенератора. Указать, как величина Епит влияет на параметры автогенератора, определяющие генерируемую частоту. Какие фазовые углы в уравнении баланса фаз меняются при изменении напряжения питания.
2. Объяснить причину ухода частоты LC-автогенератора при изменении теплового режима.
3. Объяснить, почему меняется амплитуда колебаний при изменении питающих напряжений. Указать, как при этом изменяются составляющие уравнения баланса амплитуд.
4. Сравнить нестабильность частоты LC-автогенератора под воздействием дестабилизирующих факторов с нестабильностью автогенератора с кварцевым резонатором. Объяснить причины, по которым наличие кварцевого резонатора в схеме стабилизирует частоту автоколебаний.
5. Оценить полученную величину нестабильности частоты с точки зрения требований, предъявляемых к стабильности частоты передатчиков различного назначения.

Содержание отчета:
Схема LC-автогенератора и кварцевого автогенератора.
Схема измерений и типы измерительных приборов.
Таблица эксперимента.
Результаты расчета относительного изменения частоты.
Оценка полученной относительной нестабильности частоты.



Лабораторная работа №5
Исследование амплитудной модуляции

Цель работы :
Изучить схему получения колебаний с амплитудной модуляцией, исследовать модуляционные характеристики модулируемого каскада и усилителя модулированных колебаний.

Задание:
1. Ознакомиться со схемой каскада, где осуществляется амплитудная модуляция.
2. Включить лабораторную установку, подключить генератор модулирующей частоты переключателем
3. Включить измерительные приборы: осциллограф, частотомер, вольтметр, измеритель глубины амплитудной модуляции.
4. Измерить частоту модулирующего сигнала.
5. Снять динамическую модуляционную характеристику: зависимость глубины модуляции m=f(Uмод) на выходе модулируемого каскада (предоконечного усилителя мощности), изменяя амплитуду модулирующего напряжения.
6. Снять зависимость глубины модуляции m=f(Uмод) на выходе усилителя мощности, изменяя амплитуду модулирующего напряжения,

Указания по подготовке к работе:
1. Изучить теоретический материал, относящийся к амплитудной модуляции по [ Л ]: гл. 17, 18.
2. На принципиальной схеме (рис.5) выделить генератор низкочастотного (модулирующего) напряжения, цепи, обеспечивающие его подачу на транзистор предоконечного усилителя мощности и разобраться в назначении отдельных элементов схемы .
3. На бланке отчета изобразить каскад, где осуществляется амплитудная модуляция, и схему подачи модулирующего напряжения.


Указания к выполнению работы:
1. Включить учебную установку. Убедиться в прохождении немодулированного напряжения от задающего генератора на выход передатчика. Измерить напряжение радиочастоты на выходе передатчика.
2. Включить модулятор (генератор ЗЧ и усилитель низкой частоты). Измерить частоту модулирующего напряжения .
3. Снять зависимость глубины модуляции на выходе модулируемого каскада от амплитуды модулирующего сигнала . Амплитуду сигнала изменять с помощью потенциометра "глубина модуляции" от нуля до максимального уровня, сигнал с амплитудной модуляции снимать с КТ4 (рис.1). В процессе измерений следует заполнить табл. 5.1



Таблица 5.1.

Uмод (В)








m %










Глубину модуляции можно измерять прибором " измеритель глубины амплитудной модуляции". В этом случае следует измерить глубину модуляции "вверх" и "вниз" . При отсутствии измерителя глубины амплитудной модуляции величину "m" можно рассчитать , измеряя мгновенные амплитуды сигнала на экране осциллографа (рис. 9):

m= (Uмах-Uмin) / (Uмах+Uмin)

4. Исследовать усилитель модулированных колебаний (оконечный усилитель мощности передатчика). С этой целью снять зависимость m=f(Uмод) на выходе передатчика (в точке КТ5, рис.1) аналогично тому, как это было сделано в п.3. По результатам измерений заполнить табл. 5.2


Таблица 5.2.

Uмод (В)








m %










5. При глубине модуляции m>75% по осциллограммам сигнала определить визуально искажения огибающей сигнала ( уплощение вершин и минимумов огибающей ).

Вопросы для подготовки к работе:
1. Каковы методы осуществления амплитудной модуляции.
2. По какой схеме осуществляется амплитудная модуляция в учебной установке.
3. Что такое динамическая модуляционная характеристика, глубина амплитудной модуляции.
4. Какие требования предъявляются к каскаду, где осуществляют амплитудную модуляцию.
5. Какие требования предъявляют к усилителю сигнала с амплитудной модуляцией.
6. Как можно измерить глубину амплитудной модуляции.

Вопросы к зачету:
1. В чем механизм модуляции смещением. В каком режиме должен работать транзистор каскада, где осуществляют модуляцию смещением.
2. В каком режиме работает усилитель модулированных колебаний.
3. Оцените линейность снятых экспериментально модуляционных характеристик.
4. В чем причины возникновения искажений при глубокой амплитудной модуляции.
5. Как можно оценить степень искажений.
Содержание отчета:
1. Схема каскада, где осуществляют амплитудную модуляцию.
2. Таблицы экспериментальных результатов и графики m=f(Uмод), построенные на их основе.
3. Анализ полученных результатов: оценка линейности модуляционных характеристик и причины их нелинейности.



Литература
1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов: Учебник для вузов / Л.А. Белов, В.М. Богачев, М.В. Благовещенский и др.; Под ред. Г.М. Уткина, В.Н. Кулешова и М.В. Благовещенского. 2-е изд., перерераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1994. – 416 с.:ил.










13PAGE 15


13PAGE 14215




Root EntryEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation NativeEquation Native

Приложенные файлы

  • doc 6635942
    Размер файла: 147 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий