Описание лабораторной установки

Лабораторная работа выполняется на установке, часть переднуй панели которой приведена на рис. 5.3.

 

 

 

 

Рис. 5.3. Часть передней панели лабораторного блока

 

Исследуемая схема резонансного усилителя собирается на лабораторном блоке с помощью перемычек.

 

 

Домашнее задание

Исходные данные для расчётов для всех бригад: L = 3,4 мГн, Q _к = 200, р = 0,5, S = 1,2 мА/В, Ri = 16 кОм.

Сопротивление нагрузки, равное сопротивлению шунта в лабораторной установке, взять из таблицы заданий.

 

Бригада
Rн = Rш, кОм	4,5		5,3	5,6	5,8	6,7	6,9	7,2	7,5	8,4
f0, кГц

 

1. Вычислить основные параметры РУ Q _э, 2Δ f _0,707, H (f ₀), τ _э, α_э=1/ τ _э, при отключённом и включённом резисторе R ш.

2. Рассчитать и построить зависимость коэффициента модуляции выходного напряжения РУ при действии тонально модулированного AM-сигнала с коэффициентом модуляции M ₁ = 0,6 от величины частоты модуляции F. Пределы изменения частоты F взять от 0 до 16 кГц (не менее 5 значений). Расчёты выполнить для двух случаев: при включённом и выключенном сопротивлении R ш. Изобразить также для указанных двух случаев осциллограммы выходного АМ-колебания РУ при частоте модуляции F = 3 кГц.

3. Указание: для облегчения построений и расчетов воспользуйтесь результатами, полученными в пп. 1..

4. По результатам расчётов п. 1 в соответствии с формулой (5.3) построить переходную характеристику h (t) усилителя при отключённом и включённом R ш. При графическом построении h (t) рекомендуется вначале построить огибающую переходной характеристики до момента времени t = 2 τ _э и потом «вписать» в неё колебание с периодом T ₀ = l / f ₀. Построение выполнить с указанием масштабов по осям.

5. Рассчитать и построить с указанием масштабов по осям зависимость A ₂(t) огибающей выходного напряжения РУ при действии радиоимпульса с амплитудой 1 В и длительностью 1 мс при точной настройке усилителя (f ₀ = f _н) с включённым и выключенным шунтом. Вычислить время установления огибающей t _y в обоих случаях.

Лабораторное задание

1. Получить разрешение преподавателя или лаборанта на выполнение лабораторной работы.

2. Собрать лабораторный макет для проведения эксперимента. Для этого соединить перемычкой гнездо «1» с гнездом «3», гнездо «И» с гнездом «┴», гнездо «С» соединить перемычкой с отводом с гнездом «К». Подключить кабелем канал А цифрового генератора сигналов АКИП-3407 к гнезду «Вх. НЧ» («земляной» вывод кабеля соединить с корпусом), соединить кабелем синхронизирующий выход генератора сигналов с синхронизирущим входом цифрового осциллографа, подключить кабелем канал 1 цифрового осциллографа к гнезду «1» («земляной» вывод кабеля соединить с корпусом). подключить кабелем канал 2 цифрового осциллографа к гнезду «2» («земляной» вывод кабеля соединить с корпусом). Пригласить лаборанта или преподавателя проверить правильность сборки.

3. Включить тумблером сеть макета (при этом переключатель должен находится в положении «2»). Включить приборы. Кнопка включения питания «0 / I» генератора АКИП-3407 находится на задней его панели слева под шнуром питания; после включения питания начинает мигать кнопка включения рабочего режима, расположенная в левом нижнем углу передней панели генератора, нажатие на которую завершает операцию включения генератора. Кнопка включения питания осциллографа АКИП-4115 находится на верхней стороне корпуса слева.

4. Настроить осциллограф. Прежде всего, необходимо установить стандартные настройки осциллографа («настройки по умолчанию» или «начальные установки»), для этого достаточно нажать кнопку «НАЧ УСТ». Затем нажать кнопку «КАН 1» и выбрать в разделе «Связь входа» экранного меню «КАН1» (расположено по правому краю экрана осциллографа) режим связи канала 1 по переменному току — режим «AC» (такой режим называется также «закрытым входом»). Управление экранным меню осуществляется с помощью кнопок управления, размещённых вдоль правого края экрана осциллографа, напротив соответствующих пунктов экранного меню. Нажав кнопку «КАН2» повторить действия, которые были выполнены для канала 1. Настройки каналов вертикального отклонения символически отображаются в левом нижнем углу экрана. После переключения в режим связи по переменному току значок «CH1 --- 1.00V» должен смениться значком «CH1~1.00V». В правой части этой строки указывается масштаб изображения по вертикали — коэффициент вертикального отклонения. Указанная в данном случае величина «1.00V» означает, что одна клетка экранной сетки соответствует 1 В входного напряжения осциллографа.

Замечание: во всех лабораторных работах входы осциллографа должны быть предварительно переведены в режим работы по переменному току (режим «AC», «закрытый вход»)

5. Подать на вход резонансного усилителя гармоническое напряжение частотой f ₀ и амплитудой 200 мВ/пик. Для этого в режиме «немодулир. сигнал» нажать клавишу «форма» справа от экрана генератора, выбрать «синус», нажать кнопку «возврат», установить частоту f ₀ и амплитуду 200 мВпик Активировать канал А генератора

6. Измерить основные параметры усилителя, 2Δ f _0,707, H (f ₀),. Для этого меняя емкость переменного конденсатора, настроить усилитель в резонанс, рассчитать коэффициент усиления H (f ₀)=U_mр/U_mв, изменяя частоту «вверх» и «вниз» до уровня 0.707 от максимального значения напряжения на выходе, определить границы полосы пропускания и рассчитать полосу пропускания и Q _э.

7. Исследовать прохождение АМ-колебаний через резонансный усилитель при f ₀ = f _н Для этого последовательно нажать клавиши «модуляция», «тип модуляции», выбрать «АМ», нажать клавишу «дальше 1 из 2», установить М=100%, частоту модуляции F=5кГц. Регулируя коэффициенты усиления и и смешение каналов 1 и 2 установить, чтобы изображение входного сигнала (желтый цвет) было в верхней половине экрана, а изображение выходного сигнала (синий цвет) было в нижней половине экрана осцилорафа. Регулируя скорость развертки ручкой «горизонт» добиться, чтобы на экране отображалось два периода частоты модуляции. Зарисовать или сфотографировать изображения входного и выходного сигналов. Обратить внимание на сдвиг по времени огибающей выходного сигнала относительно огибающей входного сигнала.

8. Измерить зависимость коэффициента модуляции выходного колебания М ₂ от частоты модуляции F. Для этого меняя частоту модуляции F от 1 кГц до 1о кГц через 1 кГц снять и построить зависимость коэффициента глубины модуляции выходного сигнала от частоты модуляции F.

9. Исследовать спектры входного и выходного сигналов при воздействии тонально-модулированного колебания. Для этого установить частоту модуляции F=5 кГц, сместить изображения сигналов каналов 1 и 2 в верхнюю половину экрана, установить масштаб по горизонтали ручкой «горизонт» 1 мсек/клетку, нажать клавишу «математика» выбрать оператор «БПФ»,» источник» канал 1, окно «прямоугольник», растяжка «*5», нажать клавишу «дальше 1 из 2» выбрать «Vmc», дисплей - «плный». Ручкой смещение по горизонтали (обратить внимание, что при вращении ручки в левой нижней части экрана появляется окно, в котором отражается частота центральной линии экрана) добиться,чтобы частота f ₀ была на центральной линии. Зарисовать или сфотографировать спектр входного сигнала. Нажать клавишу канала и перейти на канал 2. Зарисовать или сфотографировать спектр выходного сигнала. Отключить математику. Для этого повторно нажать клавишу «математика». Клавиша погаснет.

10. Исследовать прохождение АМ-колебания через резонансный усилитель при f _н ≠ f ₀. Для этого нажать клавишу «дальше 2 из 2». Перейти на первую страницу и установить частоту при f _н= f ₀+ 5 кГц.. Регулируя коэффициенты усиления и и смешение каналов 1 и 2 установить, чтобы изображение входного сигнала (желтый цвет) было в верхней половине экрана, а изображение выходного сигнала (синий цвет) было в нижней половине экрана осцилорафа. Регулируя скорость развертки ручкой «горизонт» добиться, чтобы на экране отображалось два периода частоты модуляции. Зарисовать или сфотографировать осциллограммы входного и выходного сигналов. Установить частоту f _н= f ₀- 5кГц.. Зарисовать или сфотографировать осциллограммы входного и выходного сигналов.

11. Исследовать спектры входного и выходного сигналов при неточной настройке усилителя на частоту несущей.. Для этого сместить изображения сигналов каналов 1 и 2 в верхнюю половину экрана, установить масштаб по горизонтали ручкой «горизонт» 1 мсек/клетку, нажать клавишу «математика.». Ручкой смещение по горизонтали (обратить внимание, что при вращении ручки в левой нижней части экрана появляется окно, в котором отражается частота центральной линии экрана) добиться,чтобы частота f ₀ была на центральной линии. Зарисовать или сфотографировать спектр входного сигнала. Нажать клавишу канала и перейти на канал 2. Зарисовать или сфотографировать спектр выходного сигнала. Выключить математику. Для этого нажать клавишу «математика» - клавиша погаснет. Установить частоту f _н= f ₀+ 5 кГц. Нажать клавишу «математика». Зарисовать или сфотографировать спектр выходного сигнала. Выключить математику.

12. Исследовать прохождение прямоугольных радиоимпульсов через резонансный усилитель при f ₀ = f _н. Для этого установить частоту модуляции (частоту повторения) F=1 кГц, нажать клавишу «далее 2 из 2», установить частоту несущего колебания f ₀, нажать клавишу «форма» (внизу экрана генератора), нажать клавишу «форма» (справа от экрана), выбрать «импульс»..Регулируя коэффициенты усиления и и смешение каналов 1 и 2 установить, чтобы изображение входного сигнала (желтый цвет) было в верхней половине экрана, а изображение выходного сигнала (синий цвет) было в нижней половине экрана осцилорафа. Регулируя скорость развертки ручкой «горизонт» добиться, чтобы на экране отображалось период частоты модуляции. Зарисовать или сфотографировать осциллограммы входного и выходного сигналов. По осциллограмме выходного сигнала рассчитать tфр, по фронту рассчитать τ_э и сравнить с данными домашнего задания.

13. Исследовать прохождение прямоугольного радиоимпульса через резонансный усилитель при f _н ≠ f ₀. Для этого нажать клавишу «возврат». Перейти на первую страницу и установить частоту f _н= f ₀+ 5 кГц.. Регулируя коэффициенты усиления и и смешение каналов 1 и 2 установить, чтобы изображение входного сигнала (желтый цвет) было в верхней половине экрана, а изображение выходного сигнала (синий цвет) было в нижней половине экрана осциллографа. Регулируя скорость развертки ручкой «горизонт» добиться, чтобы на экране отображалось два периода частоты модуляции. Зарисовать или сфотографировать осциллограммы входного и выходного сигналов. Установить частоту f _н= f ₀- 5кГц.. Зарисовать или сфотографировать осциллограммы входного и выходного сигналов.

14. Исследовать спектры входного и выходного сигналов при воздействии прямоугольного радиоимпульса при f ₀ = f _н.. Для этого сместить изображения сигналов каналов 1 и 2 в верхнюю половину экрана, установить масштаб по горизонтали ручкой «горизонт» 1 мсек/клетку, нажать клавишу «математика.». Ручкой смещение по горизонтали (обратить внимание, что при вращении ручки в левой нижней части экрана появляется окно, в котором отражается частота центральной линии экрана) добиться,чтобы частота f ₀ была на центральной линии. Зарисовать или сфотографировать спектр входного сигнала. Нажать клавишу канала и перейти на канал 2. Зарисовать или сфотографировать спектр выходного сигнала. Выключить математику. Для этого нажать клавишу «математика» - клавиша погаснет.

15. Исследовать спектры входного и выходного сигналов при неточной настройке усилителя на частоту несущей. Для этого установить частоту f _н= f ₀+ 5кГц Зарисовать или сфотографировать осциллограммы спектров входного и выходного сигналов. Установить частоту f _н= f ₀- 5кГц.. Зарисовать или сфотографировать осциллограммы спектров входного и выходного сигналов.

16. Подключить к колебательному контуру Rш. Для этого перемычкой с двумя выводами подключить к гнезду 5. Повторить измерения по пп.5- 13.

17. Представить результаты эксперимента преподавателю и только после его разрешения выключить приборы. При выключении сначала отключить работу приборов нажатием кнопок включения-выключения питания и только после этого отключить приборы от сети питания переменного тока напряжением 220 В. Кнопка выключения питания осциллографа АКИП-4115 находится на верхней стороне корпуса слева. Выключая генератор АКИП-3407, следует сначала перевести его из рабочего режима в ждущий режим нажатием кнопки, расположенной в левом нижнем углу передней панели генератора, и только потом отключить питание генератора кнопкой «0 / I», расположенной на его задней панели слева под шнуром питания.

18. Привести в порядок рабочее место.

Содержание отчёта

1. Принципиальная схема резонансного усилителя.

2. Результаты домашних расчётов.

3. Результаты измерений, таблицы и осциллограммы, полученные при выполнении лабораторного задания. Экспериментальные точки отразить на расчетных графиках.

4. Выводы и сравнительная оценка расчетных данных и экспериментальных результатов по каждому пункту выполненного и оформленного лабораторного задания.

Контрольные вопросы

1. Почему возникают искажения радиоимпульса на выходе резонансного усилителя?

2. Как зависит время установления переднего фронта радиоимпульса от добротности контура?

3. Почему возникают биения на огибающей радиоимпульса при неточной настройке контура в резонанс с несущей частотой?

4. Как изменяется спектр радиоимпульса с прямоугольной огибающей при прохождении через резонансный усилитель? При каких условиях радиоимпульс проходит через резонансный усилитель с малыми искажениями?

5. Как влияет R ш на искажения радиоимпульса при прохождении через резонансный усилитель?

6. Почему происходит уменьшение глубины модуляции АМ-колебания при прохождении через резонансный усилитель? Возможно ли увеличение глубины модуляции при прохождении АМ-колебания через избирательную цепь?

7. Какие искажения наблюдаются при прохождении АМ-колебаний и как они оцениваются?

8. Как зависит глубина модуляции на выходе резонансного усилителя от частоты модуляции и добротности?

9. Как изменяются спектральные и векторные диаграммы АМ-колебаний при тональной модуляции при прохождении через резонансный усилитель?

10. Какие искажения наблюдаются при прохождении АМ-колебаний через резонансный усилитель при несовпадении несущей и резонансной частот?