![]() |
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Работа 7. Нелинейное усиление и умножение частоты
Работа «Нелинейное усиление и умножение частоты» содержит пять заданий: 1. Исследование усиления гармонического сигнала при квадратичной характеристике НЭ. 2. Исследование усиления гармонического сигнала при кусочно-линейной характеристике НЭ. 3. Исследование ФХ нелинейного усилителя и определение оптимального режима его работы. 4. Исследование ФХ удвоителя частоты и определение оптимального режима его работы. 5. Исследование ФХ утроителя частоты и определение оптимального режима его работы. Задание 1 Исследуйте усиление гармонического сигнала в усилителе с квадратичной характеристикой управления усилительного элемента. Для этого выберите: 1) квадратичную характеристику НЭ с напряжением отсечки UОТС = @U В (пункт меню «Характеристика НЭ» / «Квадратичная...»); 2) гармонический входной сигнал с частотой F =@F кГц (пункт меню «Сигнал» / «Гармонический...»). Установите напряжение смещения ЕСМ и амплитуду E1 сигнала из условия полного использования квадратичного участка характеристики НЭ, не заходя в области отсечки и насыщения. Наблюдайте и зафиксируйте в отчете: 1) диаграмму работы усилителя; 2) спектрограммы входного напряжения и выходного тока НЭ; 3) осциллограммы и спектрограммы выходного напряжения, АЧХ при нагрузках (пункт меню «Нагрузка»): а) резистор R; б) идеальный полосовой фильтр (ПФ) с шириной полосы пропускания dF = 1 кГц; в) колебательный контур (LC) c добротностью Q = 20. 4) схему нелинейного усилителя с нагрузкой в виде колебательного контура. Варианты: 1) U = –2 В, F = 2 кГц; 2) U = –3 В, F = 3 кГц; 3) U = –4 В, F = 4 кГц; 4) U = –5 В, F = 5 кГц; 5) U = –6 В, F = 1 кГц.
Комментарии и выводы В режиме слабого сигнала (в усилителях малой мощности) характеристику управления усилительного элемента целесообразно аппроксимировать полиномиальной зависимостью
а расчет спектрального состава реакции проводить методом кратных дуг, в основе которого лежит формула
Для уменьшения нелинейных искажений (подавления побочных продуктов нелинейного преобразования) в нелинейном усилителе следует использовать избирательную нагрузку – полосовой фильтр (колебательный контур), настроенный на среднюю частоту спектра входного сигнала, с шириной полосы пропускания не меньше ширины спектра усиливаемого сигнала.
Задание 2 Исследуйте усиление гармонического сигнала в нелинейном усилителе с кусочно-линейной характеристикой управления НЭ. Для этого выберите: 1) нелинейный элемент с кусочно-линейной характеристикой и напряжением отсечки UОТС =@U В, 2) гармонический входной сигнал с частотой F =@F кГц. Установите напряжение смещения ЕСМ и амплитуду E1 сигнала из условия получения импульсов тока НЭ максимального размаха при угле отсечки 90°. Наблюдайте и зафиксируйте в отчете: 1) диаграмму работы усилителя; 2) спектрограммы входного напряжения и выходного тока НЭ; 3) осциллограммы и спектрограммы выходного напряжения, АЧХ при нагрузках: а) резистор R; б) колебательный контур (LC) c добротностью Q = 20; в) идеальный полосовой фильтр (ПФ) с шириной полосы пропускания dF = 1 кГц. Варианты: 1) U = –2 В, F = 2 кГц; 2) U = –3 В, F = 3 кГц; 3) U = –4 В, F = 4 кГц; 4) U = –5 В, F = 5 кГц; 5) U = –6 В, F = 1 кГц.
Комментарии и выводы В режиме сильного сигнала (в усилителях большой мощности) характеристику управления усилительного элемента целесообразно аппроксимировать кусочно-линейной зависимостью, а расчет спектрального состава реакции (выходного тока) усилительного элемента проводить методом угла отсечки. Нелинейный режим усиления целесообразно использовать для повышения к.п.д. усилителя, который с уменьшением угла отсечки θ косинусоидальных импульсов тока от 180° до 0° монотонно возрастает от 50% до 100%. Для достижения максимальной мощности на выходе усилителя следует устанавливать оптимальный угол отсечки, исходя из формулы где n – номер гармоники. В случае усиления, когда полезной составляющей выходного тока является 1-я гармоника частоты входного сигнала, n = 1 и θ опт = 120°. Для уменьшения нелинейных искажений (подавления побочных продуктов нелинейного преобразования) в нелинейном усилителе следует использовать избирательную нагрузку – полосовой фильтр (колебательный контур), настроенный на среднюю частоту спектра входного сигнала, с шириной полосы пропускания не меньше ширины спектра усиливаемого сигнала. Задание 3 Установите оптимальный режим усиления гармонического сигнала с частотой F =@F кГц в нелинейном усилителе. Для этого: 1) снимите функциональные характеристики (ФХ) нелинейного усилителя вида I1 = f(ЕСМ) и I1 = f(E1) при uВХ МАКС = 0 (пункт меню «Исследование ФХ»), 2) определите по ним параметры оптимального режима работы нелинейного усилителя (Е1ОПТ и ЕСМ ОПТ) из условия получения максимальной мощности выходного сигнала и вычислите соответствующий ему угол отсечки тока (пункты меню «Помощь» / «Вычисления»). 3) установите этот режим и получите усиление гармонического сигнала с вышеуказанной частотой, используя в качестве нагрузки колебательный контур (LC) c добротностью Q = 20. Зафиксируйте в отчете: 1) функциональные характеристики вида I1 = f(ЕСМ) и I1 = f(E1) при uВХ МАКС = 0; 2) диаграмму работы усилителя в оптимальном режиме; 3) спектрограммы входного напряжения и выходного тока НЭ; 4) осциллограмму и спектрограмму выходного напряжения. Варианты: 1) U = –2 В, F = 2 кГц; 2) U = –3 В, F = 3 кГц; 3) U = –4 В, F = 4 кГц; 4) U = –5 В, F = 5 кГц; 5) U = –6 В, F = 1 кГц.
Комментарии и выводы Нелинейный режим усиления целесообразно использовать для повышения к.п.д. усилителя, который с уменьшением угла отсечки косинусоидальных импульсов тока θ от 180° до 0° монотонно возрастает от 50% до 100%. Оптимальный режим усиления предполагает достижение максимально возможной мощности на выходе усилителя при заданной величине максимального тока в импульсе косинусоидальной формы, определяемой максимальным значением входного напряжения u вх.макс. Параметры оптимального режима можно определить: 1) Есм – по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I1 = f(Eсм) при заданной величине u вх.макс, 2) E1 макс – по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I1 = f(E1) при заданной величине u вх.макс. Оптимальная величина угла отсечки выходного тока при этом оказывается равной где n – номер гармоники. В случае усиления, когда полезной составляющей выходного тока является 1-я гармоника частоты входного сигнала, n = 1 и θ опт = 120°.
Задание 4 Установите оптимальный режим удвоения частоты F =@F кГц в нелинейном преобразователе. Для этого снимите функциональные характеристики (ФХ) удвоителя частоты вида I2 = f(ЕСМ) и I2 = f(E1) при uВХ МАКС = 0. Определите по ним параметры оптимального режима работы удвоителя частоты (Е1ОПТ и ЕСМ ОПТ) из условия получения максимальной мощности выходного сигнала и вычислите соответствующий ему угол отсечки тока. Установите этот режим и получите удвоение частоты гармонического сигнала с вышеуказанной частотой, используя в качестве нагрузки LC контур с добротностью Q = 50. Зафиксируйте в отчете: 1) функциональные характеристики вида I2 = f(ЕСМ) и I2 = f(E1) при uВХ МАКС = 0; 2) диаграмму работы удвоителя частоты в оптимальном режиме; 3) спектрограммы входного сигнала и выходного тока НЭ; 4) осциллограмму и спектрограмму выходного напряжения, АЧХ нагрузки. Варианты: 1) U = –2 В, F = 2 кГц; 2) U = –3 В, F = 3 кГц; 3) U = –4 В, F = 4 кГц; 4) U = –1 В, F = 1 кГц. Комментарии и выводы Оптимальный режим удвоения частоты предполагает достижение максимально возможной мощности на выходе удвоителя частоты при заданной величине максимального тока в импульсе косинусоидальной формы, определяемой максимальным значением входного напряжения uвх.макс. Параметры оптимального режима можно определить: 1) Есм – по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I2 = f(Eсм) при заданной величине uвх.макс, 2) E1 макс – по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I2 = f(E1) при заданной величине uвх.макс. Оптимальная величина угла отсечки выходного тока при этом оказывается равной где n – номер гармоники. В случае удвоения частоты, когда полезной составляющей выходного тока является 2-я гармоника частоты входного сигнала, n = 2 и θ опт = 60°. Задание 5 Установите оптимальный режим утроения частоты F =@F кГц в нелинейном преобразователе. Для этого снимите функциональные характеристики (ФХ) утроителя частоты вида I3 = f(ЕСМ) и I3 = f(E1) при uВХ МАКС = 0. Определите по ним параметры оптимального режима работы утроителя частоты (Е1ОПТ и ЕСМ ОПТ) из условия получения максимальной мощности выходного сигнала и вычислите соответствующий ему угол отсечки. Установите этот режим и получите утроение частоты гармонического сигнала с вышеуказанной частотой, используя в качестве нагрузки LC контур с добротностью Q = 100. Зафиксируйте в отчете: 1) функциональные характеристики вида I3 = f(ЕСМ) и I3 = f(E1) при uВХ МАКС = 0; 2) диаграмму работы утроителя частоты в оптимальном режиме; 3) спектрограммы входного напряжения и выходного тока НЭ; 4) осциллограмму и спектрограмму выходного напряжения, АЧХ нагрузки. Варианты: 1) U = –2 В, F = 2 кГц; 2) U = –1 В, F = 3 кГц; 3) U = –2 В, F = 4 кГц; 4) U = –1, 5 В, F = 1 кГц.
Комментарии и выводы Оптимальный режим утроения частоты предполагает достижение максимально возможной мощности на выходе утроителя частоты при заданной величине максимального тока в импульсе косинусоидальной формы, определяемой максимальным значением входного напряжения uвх.макс. Параметры оптимального режима можно определить: 1) Есм – по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I3 = f(Eсм) при заданной величине uвх.макс, 2) E1 макс – по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I3 = f(E1) при заданной величине uвх.макс. Оптимальная величина угла отсечки выходного тока при этом оказывается равной где n – номер гармоники. В случае утроения частоты, когда полезной составляющей выходного тока является 3-я гармоника частоты входного сигнала, n = 3 и θ опт = 40°.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-05-11; Просмотров: 331; Нарушение авторского права страницы