Исследуйте работу нелинейного преобразователя на полевом транзисторе (ПТ) в качестве амплитудного детектора. Для этого выберите:
1) кусочно-линейную характеристику НЭ с напряжением отсечки UОТС =@U В (пункт меню «Характеристика НЭ» / «Кусочно-линейная...»),
2) нагрузку в виде ФНЧ + ФВЧ (с Fв = 1 кГц и Fн = 0,1 кГц).
Снимите характеристику детектирования (ХД) вида I0 = f(E1) при ЕСМ = UОТС. Для этого:
1) активизируйте пункт меню «Исследование ФХ»;
2) выберите в качестве аргумента ФХ E1, установите интервал и шаг его изменения;
3) установите значение параметра ЕСМ;
4) выберите в качестве функции ток I0.
Зафиксируйте схему амплитудного детектора и график ХД. Выберите на ХД линейный рабочий участок и определите оптимальную амплитуду Е1ОПТ несущего колебания АМ сигнала (при m = 1), при которой полностью используется этот участок ХД без захода в область насыщения функциональной характеристики НЭ.
Выберите в качестве входного простой АМ сигнал (пункт меню «Сигнал» / «Простой АМ сигнал»). Установите оптимальную величину напряжения смещения ЕСМ, Е1 = Е1ОПТ, модулирующую частоту F = 1 кГц, коэффициент модуляции m = 1 и несущую частоту f = 30 кГц.
|
|
Наблюдайте и зафиксируйте в отчете:
1) диаграмму работы детектора,
2) осциллограмму выходного напряжения детектора,
3) спектры входного и выходного напряжений, а также тока стока ПТ в удобном и едином масштабе по осям частот.
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 детектора в качестве безынерционного нелинейного элемента используется полевой транзистор. Он служит для обогащения спектра реакции (тока стока) низкочастотными колебаниями, которые отсутствуют во входном напряжении. В качестве нагрузки в цепи стока включен ФНЧ 1-го порядка – резистор R, зашунтированный конденсатором С. Этот фильтр предназначен для выделения полезных составляющих спектра выходного тока (низкочастотных) и подавления всех остальных побочных продуктов нелинейного преобразования. Для этого его частота верхнего среза F вс выбирается из условия F < F вс < f, где F – максимальная частота в спектре модулирующего сигнала, f – несущая частота входного АМ сигнала. Разделительный конденсатор Ср является элементом ФВЧ 1-го порядка и служит для устранения постоянной составляющей в выходном напряжении детектора.
Статическая характеристика детектирования (ХД) амплитудного детектора представляет собой зависимость постоянной составляющей выходного тока нелинейного элемента I 0 от амплитуды входного гармонического сигнала Е 1 с фиксированным напряжением смещения Е СМ (параметр ХД)
|
|
I 0 = f (Е 1) при u ВХ = Е 1cos 2п ft.
ХД используется для определения оптимального режима работы амплитудного детектора, т.е. оптимальных значений исходного напряжения смещения и оптимальной амплитуды несущего колебания, при которых достигается наибольшая величина выходного напряжения при допустимом уровне нелинейных искажений. Оптимальные параметры соответствуют выбору в качестве рабочего участка относительно линейной области ХД. Абсцисса его середины определяет оптимальную амплитуду несущего колебания, а ширина – максимально допустимую амплитуду входного АМ сигнала (при m = 1).
При кусочно-линейной функциональной характеристике транзистора (режим сильного сигнала) ХД является линейной, и детектирование происходит без нелинейных искажений.