Задание 3. Используйте нелинейный преобразователь на полевом транзисторе (ПТ) в качестве амплитудного детектора

Используйте нелинейный преобразователь на полевом транзисторе (ПТ) в качестве амплитудного детектора. Для этого выберите:

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

2) нагрузку в виде ФНЧ + ФВЧ (с F_в = 1 кГц и F_н = 0,1кГц).

Снимите характеристику детектирования (ХД) вида I₀ = f(E₁) при Е_СМ = U_ОТС. 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 Е_СМ;

4) выберите в качестве функции ток I₀.

Зафиксируйте схему амплитудного детектора и график ХД. Выберите на ХД рабочий участок и определите оптимальную амплитуду Е_1ОПТ 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 (пункты меню «Сигнал» / «Простой АМ сигнал»). Установите оптимальную величину напряжения смещения Е_СМ, Е₁ = Е_1ОПТ, 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 оси 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. ФНЧ 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 необходима 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 квадратичной функциональной характеристике транзистора (режим слабого сигнала) ХД является квадратичной, и детектирование происходит с заметными нелинейными искажениями. Степень этих искажений, характеризуемая коэффициентом гармоник k _г, зависит от величины коэффициента модуляции m АМ сигнала k _г = 0,25 m.