Аппроксимация характеристик нелинейных элементов радиотехнических цепей
1. Цель работы
Ознакомление с методами
аппроксимации характеристик нелинейных элементов радиотехнических цепей;
изучение методов гармонического анализа колебаний в нелинейных цепях;
экспериментальные исследования преобразования спектров колебаний в нелинейных
резистивных цепях.
2. Описание
лабораторной установки
нелинейный колебание частота сигнал
Рис. 2.1. Структурная схема
лабораторной установки
В состав лабораторной установки
входят источник постоянного напряжения смещения (Есм) и генератор
гармонических колебаний (G). Напряжение смещения регулируется с помощью ручки
«смещение», расположенной на лицевой панели лабораторной установки, и
измеряется вольтметром В7-26, подключаемым к клемме К2. Генератор G посредством
переключател В1 может быть подключен к входу исследуемой нелинейной цепи или
отключен от него. Выходная клемма генератора и ручки регулировки амплитуды и
частоты генерируемых колебаний расположены на передней панели блока управления
лабораторной установкой.
Переменная составляющая напряжения
на входе исследуемой нелинейной цепи может создаваться также внешним
генератором Г4-18А при его подключении к клемме К1. Если включены внешний и
внутренний генераторы, то напряжение на входе исследуемой цепи представит собой
сумму постоянной составляющей и двух гармонических составляющих с разными
амплитудами и частотами. Действующее значение переменных составляющих на входе
и выходе цепи измеряются вольтметром В3-38.
Мгновенное значение выходного
напряжения можно наблюдать на экране осциллографа. Если нагрузкой является
резистор, то напряжение на выходе исследуемой цепи пропорционально переменной
составляющей тока в нелинейном элементе, т.е., как и ток состоит из нескольких
гармоник. Если же нагрзкой является колебательный контур, то напряжение на
выходе цепи пропорционально только одной гармонике тока, попавшей в полосу
пропускания контура.
3. Результаты
измерений
Задание 1. Измерение эквивалентного
сопротивления контура.
Есм=-0,9 В, Uвх= 100 мВ
Uвых= 0,21 В, Твых=
5 мкс
=0.05
Из графика 6.1.:
Крутизна характеристики
в рабочей точке: S=.
Эквивалентное
сопротивление контура:
кОм
Задание 2. Исследование спектра тока
транзистора в режиме больших амплитуд.
Цепь с включенным резистором:
Параметры входного сигнала:
Есм=-2,7 В, Uвх= 1,5 В; S=
Параметры выходного
сигнала (осциллограмма выходного сигнала изображена на рисунке 3.2.1.):
tи=
2 мкс, Т= 5 мкс, =
Рис. 3.2.1.
Осциллограмма выходного сигнала
Цепь с включенным LC - контуром.
Таблица 3.2.2. Результаты измерений
Наименование параметра
|
Результаты измерений
|
Результаты расчетов
|
Номер гармоники тока
|
1
|
2
|
3
|
1
|
2
|
3
|
Период, мкс
|
5
|
2,5
|
1,7
|
5
|
2,5
|
1,67
|
Частота, кГц
|
200
|
400
|
600
|
200
|
400
|
600
|
Амплитуда, мВ
|
610
|
330
|
120
|
609
|
315
|
122
|
Расчет гармоник сигнала на выходе
цепи:
;
А
Задание 3. Исследование спектра тока
транзистора в режиме малых амплитуд.
Параметры входного сигнала:
Есм=-2,0 В, Uвх= 0,3 В; S=
Рис. 3.3.1. Осциллограмма выходного
сигнала
Расчет гармоник сигнала на выходе
цепи:
Аппроксимация характеристики
транзистора:
Результаты измерений
Наименование параметра
|
Результаты измерений
|
Результаты расчетов
|
Номер гармоники тока
|
1
|
2
|
1
|
2
|
Период, мкс
|
4,8
|
2,5
|
5
|
2,5
|
Частота, кГц
|
200
|
400
|
200
|
400
|
Амплитуда, мВ
|
180
|
51
|
175
|
49
|
Задание 4. Исследование колебаний
комбинационных частот.
Параметры входного сигнала
генератора Г4-106:
Параметры входного сигнала
внутреннего генератора:
Есм=-2,0 В
Параметры выходного сигнала:
Uвых=95 мВ
Tвых=3,3 мкс
4.
Выводы
В данной лабораторной работе мною
был исследован гармонический метод анализа нелинейных цепей. Были освоены 2
метода анализа - «кратных углов» и «угла отсечки». Результаты исследований
совпали с теоретическими расчетами амплитудных спектров.