Материал: Исследование резонансного усилителя

Таким образом, зная требуемое время установления, можно рассчитать необходимую полосу пропускания, после чего рассчитывать усилитель радиоимпульсов также как усилитель непрерывных сигналов.

Если инерционность биполярного транзистора в области рабочих частот усилителя велика, при расчете приходится учитывать комплексный характер крутизны транзистора

,

при этом время установления амплитуды выходного напряжения увеличивается в соответствии с выражением:

.

Если частота сигнала не совпадает с резонансной частотой контура усилителя, то за счет биений между вынужденными колебаниями частоты сигнала и собственными свободными колебаниями, переходной процесс имеет колебательный характер, в переходной характеристике появляется выброс. В случае усилителя с двухконтурным полосовым фильтром выражение переходной характеристики усилителя:

Переходные характеристики для различных значений связи между контурами изображены на рис.9.

Из графика видно, что при  импульс напряжения может сильно искажаться вследствие выброса переднего фронта и колебательного характера переходного процесса за счет биений вынужденными колебаниями с частотой сигнала и возникающими при толчке напряжения свободными колебаниями с частотами связи.

. Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка, блок-схема которой представлена на рис.10, состоит из макета исследуемого усилителя, источника питания и необходимой измерительной аппаратуры (генератора Г 4-18, милливольтметра В 3-13, осциллографа С 1-5).

Макет содержит усилитель на биполярном транзисторе типа ГТ-308, к которому с помощью переключателя П 1 подключается одна из резонансных систем: одиночный колебательный контур, полосовой фильтр или трехзвенный ФСС на LC-контурах.

Для обеспечения режима по постоянному току при переключении нагрузки в цепи коллектора транзистора стоят резистор  и дроссель Др. Переключатель П 2 - двухплатный. Если переключатель П 1 находится в положении I, то переключатель П 2 позволяет изменять коэффициент связи  контура со входной цепью следующего каскада за счет изменения емкости трансформатора. Если переключатель П 1 находится в положении 2, то переключатель П 2 позволяет изменять величину емкости связи между контурами полосового фильтра для экспериментального изучения влияния величины связи на  на АЧХ усилителя.

Все резонансные системы имеют центральную частоту приблизительно 465 кГц.

Для увеличения общего усиления в схеме используется второй каскад, собранный на транзисторе Т 2. Этот каскад апериодический и не влияет на общую АЧХ исследуемого макета. Вход второго каскада подключается к соответствующей резонансной нагрузке первого каскада с помощью переключателя П 1¢, который расположен на одной оси с переключателем П 1.

Для изучения переходных процессов в макет введен модулятор, позволяющий получить радиоимпульсы. В состав модулятора входит ключ и мультивибратор, собранный на микросхеме 2ГФ 181. Модулятор подключается на вход усилителя с помощью переключателя П 3.

Питание лабораторного макета и измерительных приборов осуществляется от специальной колодки питания, расположенной на лабораторном столе.

. Содержание эксперимента

. Снять и построить амплитудную характеристику исследуемого усилителя. Определить амплитуду входного сигнала для измерения амплитудно-частотных характеристик.

. Снять, построить и сравнить АЧХ усилителя с одиночным колебательным контуром при различных значениях коэффициента трансформации .

. Экспериментально исследовать влияние величины связи между контурами на форму АЧХ усилителя со связанными контурами.

. Снять и построить АЧХ усилителя с ФСС на связанных LC-контурах.

. Определить избирательность исследованных усилителей и дать сравнительную оценку влияния типа резонансной системы на свойства усилителя.

. Исследовать прохождение радиоимпульсного сигнала через усилитель с различными типами резонансной системы.

8. Методические указания и порядок проведения эксперимента

Перед выполнением экспериментального задания необходимо изучить схему исследуемого усилителя, экспериментальную установку, а также ознакомиться с используемой в работе аппаратурой. После этого собрать экспериментальную установку согласно блок-схеме рис.10. Включение напряжений производится только с разрешения преподавателя или лаборанта. Объем выполняемого эксперимента устанавливается преподавателем.

Амплитудная характеристика - это зависимость амплитуды напряжения на выходе усилителя от амплитуды входного напряжения.

Амплитудная характеристика снимается на резонансной частоте усилителя, для получения амплитудной характеристики усилителя на клеммы "Вх" макета подается напряжение с выхода генератора Г 4-18А. Определяется резонансная частота по максимуму выходного напряжения (~4645 кГц).

Напряжение генератора изменяется от 5 мкВ через 5¸10 мкВ до значения, при котором перестает соблюдаться прямая пропорциональность между амплитудой выходного и входного напряжений. По полученным результатам составляется таблица, строится график  и выбирается амплитуда входного сигнала в пределах линейного участка характеристики. Этот уровень сигнала и устанавливается на входе макета при снятии АЧХ.

. Снятие амплитудно-частотной характеристики усилителя с одиночным контуром производится следующим образом:

Переключатель П 1 ставится в положение I. На входные клеммы макета подается синусоидальное напряжение сигнала от генератора Г 4-18А с амплитудой, выбранной в предыдущем пункте. Частота сигнала изменяется от резонансной в сторону увеличения и уменьшения частоты через 2,5¸5 кГц до тех пор, пока напряжение на выходе не уменьшится до 0,1 от своего максимального значения. Выходное напряжение измеряется вольтметром, подключенным к выходным клеммам макета. При снятии АЧХ необходимо следить за постоянством входного напряжения генератора.

Для исследования влияния коэффициента включения  АЧХ усилителя снимаются для трех положений переключателя П 2.

Результаты эксперимента заносятся в таблицу. По полученным результатам строятся АЧХ усилителя

или нормированные характеристики

для различных значений . Оценивается влияние рассогласования на коэффициент усиления, резонансную частоту и полосу пропускания усилителя.

. При выполнении пункта 3 переключатель П 1 ставится в положение 2. Снимаются АЧХ усилителя для всех трех положений переключателя П 2. Каждому положению переключателя П 2 соответствует определенная величина емкости связи , а, следовательно, и определенное значение обобщенного коэффициента связи , соответствующего связи меньше критической, критической или больше критической.

Методика снятия и оформление результатов аналогичны изложенным в предыдущем пункте.

. Снятие АЧХ усилителя с ФСС.

Методика снятия АЧХ остается прежней. Переключатель П 1 ставится в положение 3. По результатам строится АЧХ, определяется полоса пропускания и избирательность усилителя.

Оценить избирательность исследованных усилителей можно по коэффициенту прямоугольности или по коэффициенту избирательности для частоты  кГц. По полученным результатам необходимо сделать выводы о влиянии, типа резонансной нагрузки на избирательность и др. свойства усилителя.

Для того, чтобы исследовать влияние различных параметров усилителя на форму радиоимпульсов на выходе резонансного усилителя, следует переключатель П 3 поставить в положение 2, посмотреть с помощью осциллографа и зарисовать форму выходного напряжения при различных положениях переключателя П 1 и П 2, и оценить время установления выходного напряжения.

. Контрольные вопросы

. Основные показатели резонансного усилителя.

. Нарисуйте принципиальную схему РУ с одиночным контуром и расскажите о назначении элементов схемы.

. Эквивалентная схема резонансного усилителя с двойной автотрансформаторной связью и ее варианты.

. АЧХ резонансного усилителя.

. От чего зависит резонансный коэффициент усиления и полоса РУ?

. Выбор коэффициентов трансформации  и .

. Влияние величины коэффициента  на АЧХ резонансного усилителя.

. Как влияет тип транзистора (полевой, биполярный) на построение принципиальной схемы усилителя.

. Резонансный усилитель на полевом транзисторе, основные особенности и свойства усилителя.

. Нарисуйте принципиальную и эквивалентную схему усилителя с полосовым фильтром.

. АЧХ усилителя с полосовым фильтром.

. Как влияет величина связи между контурами на показатели усилителя со связанными контурами.

. Попробуйте объяснить возможную асимметрию АЧХ усилителя со связанными контурами.

Принципиальная схема, АЧХ и основные особенности усилителя с ФСС.

. Нарисуйте переходную характеристику резонансного усилителя с одиночным контуром. Объясните, от чего зависит время установления выходного напряжения?

. Нарисуйте переходную характеристику РУ со связанными контурами. Оцените влияние коэффициента на форму выходного радиоимпульсного напряжения усилителя.

. Расскажите содержание эксперимента и ожидаемые результаты.

Литература

. В.Г. Вольпян. Резонансные усилители. Конспект лекций по курсу "Приемно-усилительные устройства". - М.: МАИ, 1978.

. Под ред. Сифорова В.И. Радиоприемные устройства. - М.:"Советское радио", 1974.

. Конспект лекций.