Задание 1. Используйте нелинейный преобразователь на полевом транзисторе (ПТ) в качестве амплитудного модулятора при модуляции смещением

Используйте нелинейный преобразователь на полевом транзисторе (ПТ) в качестве амплитудного модулятора при модуляции смещением. Для этого выберите:

1) квадратичную характеристику НЭ с напряжением отсечки U_ОТС = @U В (пункт меню «Характеристика НЭ» / «Квадратичная...»),

2) колебательный контур (LC) в качестве нагрузки, настроив его на частоту f несущего колебания (f₀ = f = 15 кГц) с добротностью Q = 10 (пункт меню «Нагрузка» / «Колебательный контур...»).

Снимите статическую модуляционную характеристику (СМХ) вида I₁ = f(Е_СМ) при Е₁ = 0,5|U_ОТС|. Для этого:

1) активизируйте пункт меню «Исследование ФХ»;

2) выберите в качестве аргумента ФХ Е_СМ, установите интервал и шаг его изменения;

3) установите значение параметра Е₁;

4) выберите в качестве функции I₁.

Зафиксируйте схему амплитудного модулятора и график СМХ. Выберите на СМХ рабочий участок и определите параметры оптимального режима (Е_{СМ ОПТ}, U_{МОД МАКС}, m).

Установите оптимальный режим работы модулятора, используя гармонический модулирующий сигнал с частотой F = 1 кГц (пункты меню «Сигнал» / «Бигармонический...»). Зафиксируйте в отчете:

1) диаграмму работы модулятора в оптимальном режиме;

2) спектры входного и выходного напряжений и тока стока полевого транзистора в удобном и едином масштабе по осям f.

Варианты: 1) U = –2 В; 2) U = –3 В; 3) U = –4 В; 4) U = –5 В; 5) U = –6 В.

Комментарии и выводы

В исследуемой схеме амплитудного модулятора в качестве безынерционного нелинейного элемента используется полевой транзистор. Он служит для обогащения спектра реакции (тока стока) боковыми колебаниями, которые отсутствуют во входном напряжении. В качестве нагрузки в цепи стока включен колебательный контур – простейший полосовой фильтр. Он предназначен для выделения полезных составляющих спектра выходного тока (несущего и боковых колебаний) и подавления всех остальных побочных продуктов нелинейного преобразования. Для этого он настраивается на несущую частоту, а ширина его полосы пропускания устанавливается соответствующей ширине спектра АМ сигнала.

Статическая модуляционная характеристика (СМХ) амплитудного модулятора представляет собой зависимость амплитуды 1-ой гармоники выходного тока нелинейного элемента (I ₁) от модулирующего

фактора при подаче на вход модулятора несущего колебания с фиксированной амплитудой U _ВХ (параметр СМХ). В данной схеме модулирующим фактором является напряжение смещения Е _СМ. Таким образом, в данном случае, СМХ это I ₁ = f (Е _СМ) при U _ВХ = Е ₁ = const [Л. 2, стр. 67, рис. 3.17].

СМХ необходима для определения оптимального режима работы амплитудного модулятора, т.е. оптимальных значений исходного напряжения смещения и максимальной амплитуды модулирующего сигнала, при которых достигается наибольшая величина коэффициента модуляции m при допустимом уровне нелинейных искажений. Оптимальные параметры модуляции соответствуют выбору в качестве рабочего участка относительно линейной области СМХ. Абсцисса его середины определяет оптимальную величину напряжения смещения (Е _{СМ ОПТ}), а протяженность по оси аргумента – максимально допустимую двойную амплитуду модулирующего сигнала (Е _{W МАКС}). Соответствующий максимально допустимый коэффициент модуляции m _ДОП = D I ₁/ I _{1 СР}.