Лабораторна робота №5. Амплітудна модуляція зміщенням

 

Ціль роботи – дослідження фізичних процесів при амплітудній модуляції зміщенням. Отримання статичних та динамічних модуляційних характеристик підсилювача.

 

Короткі теоретичні відомості

 

Для одержання АМ-коливань при модуляції зміщенням до входу уодульованого підсилювача, схема якого зображена на рис.5.1, підводиться: а) постійна напруга зміщення U_б0, яка завдає робочу точку; б) низькочастотний модулюючий сигнал, який керує зміною середньої крутизни нелінійного елемента; в) високочастотне коливання з амплітудою U_бm і частотою w₀ =w_р, для якого нелінійний елемент можна розглядати як підсилювач зі змінним параметром S_ср, що керується модулюючою напругою.

 

Рис.5.1

Режим підсилювача при отриманні гармонійної модуляції зміщенням показаний на рис.5.2.

Для оцінки якості відтворення АМ-сигнала, що передається за допомогою процеса модуляції, зручно користуватися статичними та динамічними модуляційними характеристиками.

Статичну модуляційну характеристику знімають без модуляції. Це залежність першої гармоніки колекторного струму I_к1 або напруги на контурі U_кm = I_к1Z_екр від модулюючого фактора, наприклад, від напуги зміщення U_б0, при сталій амплітуді високочастотних коливаньU_бm. Методика розрахунку статичної модуляційної характеристики полягає в наступному: присвоюючи зміщенню на базі U_б0 різні значення від U₀ – U_бm до U₀ +U_бm, розраховують

(5.1)

 

де - крутизна лінійно – зростаючої ділянки апроксимуючої функції; - коефіцієнт розвинення у ряд Фур’є косинусоїдального імпульса струму.

 

Рис.5.2

 

 

Статична модуляційна характеристика використовується для вибору робочої точки (режиму роботи) модуляційного підсилювача. Робочу точку нелінійного елемента вибирають на середині лінійної ділянки цієї характеристики. По статичній модуляційній характеристиці можна визначити коефіцієнт нелінійних спотворень огинаючої АМ-сигналу.

Динамічна модуляційна характеристика показує залежність коефіцієнта модуляції напруги на контурі М від амплітуди модулюючої напруги U_W.

 

Опис лабораторної установки

 

Лабораторна робота №5 виконується на тій же лабораторній установці, що і робота №4. Опис лабораторної установки вміщено у роботі №4. При дослідженні модуляції зміщенням зовнішня високочастотна гармонійна напруга від ГВЧ підводиться до гнізда Г₁, а низькочастотна модулююча напруга ГНЧ –до гнізда Г₂.

 

Розрахункове завдання

 

1. Навести схему базового амплітудного модулятора у транзисторному підсилювачі.

2. Розрахувати і побудувати статичну модуляційну характеристику транзисторного підсилювача з базовою модуляцією зміщенням при дії на вхід високочастотного коливання з частотою 186 кГц і амплітудою а) U_бm=0.7 В; б) U_бm = 0.4 В. Використати кусочно-лінійну апроксимацію зображеної на рис.5.4 характеристики транзистора.

3. Вибрати робочі точки на побудованих модуляційних характеристиках.

4. Розрахувати і побудувати по статичних модуляційних характеристиках залежності коефіцієнта модуляції напруги на контурі від амплітуди модулюючої напруги.

5. Змоделювати у інтерактивному середовищі Electronics Work Bench функціювання амплітудного модулятора.

 

Лабораторне завдання

1. Зняти статичну модуляційну характеристику транзисторного підсилювча з модуляцією зміщенням при дії на вході високочастотного коливання з частотою 186 кГц. і амплітудою а) U_бm=0.7 В; б) U_бm = 0.4 В. Для цього підключити генератор високочастотної напруги до гнізда Г₁, генератор низькочастотної напруги – до Г₂, вхід осцилографа –до гнізда Г₅, зовнішній вольтметр – до гнізда Г₄. Встановити тумблери Т₁ і Т₂ в положення “1”, перемикачі “Вольтметр” і “Осцилограф” – в положення “А”. Перемикач “С_к” повинен знаходитись у положенні “6”, що відповідає значенню ємкості контура С_к=1300 пФ. Встановити вихідний опір генератора низькочастотної напруги рівним нулю. Настроїти генератор високої частоти на частоту 186 кГц. при U_б0 =0,8 В і U_б0 =0,4 В. Зняти і побудувати залежності U_кm від U_б0 при завданих амплітудах високочастотних коливань.

2. Зняти динамічну модуляційну характеристику - залежність коефіцієнта модуляції напруги на контурі М від амплітуди модулюючої напруги U_W при частоті високочастотного генератора 186 кГц, частоті модуляції 1 кГц і амплітуді високочастотних коливань а) U_бm=0.7 В; б) U_бm = 0.4 В, вибравши робочу точку на середині лінійної ділянки відповідної статичної модуляційної характеристики. Для цього встановити необхідне зміщення, частоту модуляції, амплітуду і частоту високочастотних коливань. Перевести перемикач”Вольтметр” у положення “Г₂”. Встановити амплітуду модулюючого сигналу приблизнона рівні 0,2 В. Отримати нерухому осцилограму АМ-коливання на контурі. Змінюючи амплітуду модулюючої напруги, зняти залежність М від U_W^. Коефіцієнт модуляції вимірювати по осцилограмі напруги на контурі, визначивши максимальний А і мінімальний В розміри осцилограми вздовж вертикальної осі та визначивши .

3. Замінити контур опором R=1кОм. Продивитись і замалювати осцилограми колекторного струму при f=186 кГц, частоті модуляції F=1 кГц, амплітуді високочастотних коливань U_бm=0,7 В і амплітуді модулюючої напруги, що відповідає М=50%.

Вимоги до звіту

 

Звіт повинен вміщувати:

1) принципову схему транзисторного підсилювача з модуляцією зміщенням;

2) результати розрахунків, що отримані при виконанні розрахункового завдання;

3) результати експериментального дослідження у вигляді таблиць;

4) графіки статичних та динамічних модуляційних характеристик, що отримані розрахунковим та експериментальним шляхом.

5) Висновки і оцінку результатів моделювання та експериментів.

 

Контрольні запитання

 

1. Зобразіть принципову схему транзисторного підсилювача з базовою модуляцією.

2. Поясніть фізичні процеси при модуляції зміщенням. Наведіть часові діаграми, що ілюструють отримання АМ - сигналу в транзисторному підсилювачі з базовою модуляцією.

3. Чому режим роботи модульованого підсилювача для отримання АМ-коливань повинен бути суттєво нелінійним?

4. Дайте визначення статичної модуляційної характеристики.

5. Чим слід керуватися при виборі робочої точки модульованого підсилювача?

6. Поясніть розбіжності між експериментальною і розрахунковою статичною модуляційною характеристиками.

7. Чи можна при модуляції зміщенням отримати М=100% без спотворення огинаючої АМ-коливань?

8. Як вплине на АМ-коливання збільшення напруги зміщення модулюючого сигналу?

9. Як змінюється коефіцієнт модуляції і якість відтворення низькочастотного сигналу зі збільшенням амплітуди високочастотного коливання?

10. Як впливає на статичну і динамічну модуляційну характеристики зміна опору навантаження модульованого підсилювача?

11. Чи можна отримати добру якість відтворення низькочастотного сигналу огинаючої АМ-коливань при аперіодичному навантаженні модульованого підсилювача?

12. Як вплине розстройка навантажувального контура модульованого підсилювача відносно частоти високочастотного коливання на вихідну напругу?

 

Перелік посилань

 

1. Крылов В.В., Корсаков С.Я. Основы теории цепей для системотехников. – М.: ВШ,1990.-224 с.

2. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: ВШ,2001.-786 с.

3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: ВШ,1985.-435 с.

4. Попов В.П. Основы теории цепей.-М.:ВШ, 1985.- 647 с.

5. Лосев А.К.Теория линейных электрических цепей.-М.:ВШ,1987.- 546 с