Типовой расчет по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы»

Часть 2.

На вход нелинейного резонансного усилителя с одиночным колебательным контуром поступает амплитудно-модулированное колебание

u_вх(t)=U_m[1 + M₁cos(2pF t + Ф₁) + M₂cos(2p^.2F t+ Ф₂)]cos(2pf₀t + p/4).

Усилитель работает в режиме усиления «больших колебаний». ВАХ транзистора аппроксимирована кусочно-линейной функцией. Крутизна S и напряжение начала U_н ВАХ транзистора, резонансная частота f_p и добротность Q контура, параметры АМ колебания приведены в таблице заданий. Напряжение коллекторного питания Е_к = 8 В.

1. Нарисуйте схему усилителя.

2. Постройте временную зависимость напряжения на входе и его огибающей.

3. Найдите спектр входного сигнала и постройте в масштабе спектральную и векторную диаграммы.

4. Выберите режим работы нелинейного усилителя (напряжение смещения и резонансное сопротивление контура) для неискаженного усиления АМ-сигнала. Постройте колебательную характеристику усилителя (I_к₁ = f(U_m))для выбранного режима.

5. Рассчитайте параметры усилителя — коэффициент усиления на резонансной частоте, ширину полосы пропускания и время запаздывания сигнала (T_гр=2Q/w_р). Постройте АЧХ и ФЧХ резонансного усилителя.

6. Используя колебательную характеристику, постройте зависимость амплитуды первой гармоники коллекторного тока от времени (I_к₁(t)). Постройте спектральную диаграмму первой гармоники коллекторного тока.

7. Найдите спектр сигнала на выходе усилителя и постройте в масштабе спектральную и векторную диаграммы.

8. Выведите аналитическое выражение для выходного напряжения и постройте график огибающей выходного сигнала.

9. Повторите расчет выходного напряжения для измененных по указанию преподавателя параметров. Сделайте выводы.

Методические указания.

Построение векторных диаграмм проводите для момента времени t= 0.

Построение графиков спектральных диаграмм, АЧХ и ФЧХ резонансного усилителя проводите в одинаковом масштабе по частоте.

При выборе резонансного сопротивления контура (в п.4) исходите из того, что входной сигнал не должен выходить за пределы линейного участка колебательной характеристики. Для этого должно выполняться условие U_{б. кр.} = 2 U_m.

При определении сигнала на выходе усилителя и его спектра (п.п. 7,8) используйте спектральный метод. Рассмотрите воздействие первой гармоники коллекторного тока I_к₁(t) = I_к₁(t) cos(2p f_o t) на параллельный колебательный контур с сопротивлением

При расчете сигнала на выходе в соответствии со спектральным методом используйте следующие формулы: при воздействии АМ тока на параллельный колебательный контур при совпадении резонансной частоты цепи с несущей частотой АМ-колебания коэффициент модуляции М_вых и сдвиг фазы Ф_вых огибающей сигнала на выходе цепи определяются выражениями:

где F – модулирующая частота сигнала; Q – добротность избирательной цепи.

Оформленный расчет должен содержать исходные данные, схему цепи, необходимые математические выкладки, требуемые графики, диаграммы, комментарии, содержащие физическое объяснение полученных результатов, и рекомендации по уменьшению искажений сигнала.

Срок сдачи расчета: п.п. 1-8 – 12 неделя; п.9 – 15 неделя.

Таблица заданий.

№ ФИО U_н, В S, мА/В Q f_p=f_o, кГц U_m, В F, кГц М₁ Ф₁, ° М₂ Ф₂, °

1. Веселов Александр 0,4 0,2 0,6 0,4

2. Воронин Владислав 0,2 0,2 1,75 0,5 0,5

3. Ипполитов Сергей 0,5 0,3 0,6 0,4

4. Клишин Павел 0,4 0,3 2.5 0,55 0,45

5. Павлов Евгений 0,3 0,3 4,25 0,4 0,6

6. Рожкова Анастасия 0,4 0,4 0,45 0,55

7. Творогов Олег 0,3 0,2 3.5 0,4 0,6

8. Шеянов Олег 0,2 0,4 2,5 0,55 0,45

9. Яговкин Леонид 0,1 0,3 0,4 0,6