Реферат: Модернизация лабораторного стенда для исследования характеристик АМ-ЧМ приемника

Qэ=4,65*105*0,5/(2*5*104)=2,32

4)      Величина конструктивного коэффициента связи равна:

kсв= β/Qэ=1/2,32=0,1

5)     Выбираем диоды КД522, их крутизна Sд=5мА/В и емкость Сд=1,0 пФ.

6)     Принимаем сопротивления нагрузки R2=R3=10 кОм, емкость монтажа См=5 пФ и собственная добротность контуров Qк=150.

7)      Величины емкостей нагрузки диодов (в пикофарадах) равны;

C3=C4=(4…5)*105/(FмаксR2)

где   Fмакс – максимальная частота модуляции в килогерцах;

        R1 – сопротивление нагрузки в килоомах.

C3=C4=4,5*105/(10*10)=4500 пФ

Выбираем стандартное значение 4,7 нФ, условие

C3=C4≥Сд*10-См=10-5=5 пФ при этом соблюдается.

8)     Определяем угол отсечки токов диодов по формуле:

9)     Коэффициент передачи детекторов по напряжению вычисляется по формуле:

Кд=cos θ=cos 0,57=0,84

10)    Определяем собственное и резонансное эквивалентные сопротивления контуров:

Rк=2пfoL1Qк=2*3,14*465000*0,12*10-3*150=52,6 кОм

Rэ=2пfoL1Qэ=2*3,14*465000*0,12*10-3*2,32=813 Ом

11)    Коэффициент включения контура в коллекторную цепь транзистора:

mвх=1,55, принимаем mвх=1.

12)    Находим значение функции φ(αмакс, β):

13) Определяем максимальное напряжение на выходе дискриминатора:

Uвыхд=0,33IкRэm2вкКд φ(αмакс, β)

Uвыхд =0,33*2,2*0,813*1*0,84*0,169=83,8 мВ

14)    Емкость С1 находим по формуле:

С1=(3…5)*104/(foRэ)=80 нФ

Выбираем стандартный конденсатор 100 нФ.

15)    Индуктивность L3 дросселя определяется как

L3=(10…20)L1=10*0,12=1,2 мГн

16)    Находим емкость резонансного контура:

Ск=2,53*104/(f2o L1) – m2вкCвых - Cм=1960 пФ

        Выбираем стандартное значение 2200 пФ.

Для увеличения крутизны выходного напряжения применяется усилитель постоянного тока с изменяемым коэффициентом усиления от 2 до 12, собранный на операционном усилителе К548УН1Б. Полная принципиальная схема частотного детектора приведена в Приложении 3.

2.3 Расчет системы автоподстройки частоты

Для расчета системы автоматической подстройки частоты непрерывного типа  используется методика,  приведенная в [12].

Исходными данными для расчета системы являются:

-    номинальное значение частоты принимаемого сигнала fос=4500 кГц;

-    изменение частоты сигнала fс по каким-либо причинам на величину Δfс=fc-foc=100 кГц;

-    допустимая остаточная ошибка системы АПЧ Δfо=5 Гц;

-    статическая характеристика регулятора частоты (приведена на рисунке 4.2.1)

-    крутизна статической характеристики регулятора частоты Sрч=30 кГц/В;

-    граничные значения изменения частоты гетеродина fг1, fг2, управляющего напряжения Uупр1 и Uупр2, определяющие диапазон перестройки частоты гетеродина 2Δfг=Δfг1+Δfг2

и диапазон изменения управляющего напряжения

ΔUупр=ΔUупр1 +ΔUупр2

Δfг1=110 кГц, Δfг2=70 кГц; 2Δfг=180 кГц

ΔUупр1=3,5 В; ΔUупр2=2,4 В; ΔUупр=5,9 В

-    номинальное значение частоты гетеродина fог и напряжение (опорное напряжение) Uор на регуляторе частоты, fог = 4400 кГц при  Uор=2 В.

Чтобы обеспечить заданную в техническом задании остаточную ошибку Δfо=5кГц при начальной расстройке Δfнач=40 кГц, коэффициент подстраивающего действия системы АПЧ должен равняться:

К= Δfнач/Δfо=30/5=6

    Для выбранного гетеродина известна крутизна регулятора частоты  (определяется экспериментально из графика рис.4.2.2)

Sрч=30 кГц/В

На основании рассчитанного коэффициента подстройки К определяется требуемое значение крутизны частотного детектора системы АПЧ:

Sчд=(К-1)/ Sрч=(6-1)/30=0,17 В/кГц

Экспериментальное определение крутизны Sчд=0,2 В/кГц было проведено в пункте 4.2. Как видно, эта величина превышает необходимую, поэтому в систеие АПЧ можно применить данный частотный детектор.

Определим основные параметры системы АПЧ.

1)  Полоса схватывания ПАЧ определяется по формуле:

Псх=0,8 √ 4IкSрчКдdэminfчд/Ск

Псх =0,8*√4*2,2*0,2*0,84*0,01*465000/2200*10-12=56 кГц

Частоты, соответствующие экстремумам статической характеристики частотного детектора:

f1,2=fчд(1±0,5dэmin)=465*(1±0,5*0,27)=257 кГц и 400 кГц

        Полоса удержания определяется по формуле:

Пу=0,46*Ск*П3сх/(Iк*Sрч*Кд)

Пу=0,46*10-12*(56000)3/(2,2*0,2*0,84)=218570 кГц

2.4 Указания к проведению модернизации

        Для подключения системы АПЧ к лабораторному стенду необходимо провести следующие изменения в принципиальной схеме стенда (см. Приложения 1-4):

1.   Собрать расчитанные в п.п.2.1-2.3 схемы;

2.   Подключить питание к от стенда;

3.   Параллельно варикапной матрице КВС111А (VD1) подключить варикап КВ104Г для увеличения крутизны регулировки частоты гетеродина;

4.   Аноды варикапов подключаются к общему проводу (см. Приложение 4) через параллельно соединенные резистор номиналом 100кОм и конденсатор емкостью 0.033 мкФ для подключения к ним сигнала управления от частотного детектора;

5.   Отключить полосовой фильтр Z1, вместо него подключить конденсатор емкостью 1000 пФ для увеличения полосы пропускания усилителя промежуточной частоты.

3 Разработка методик проведения лабораторных работ

3.1 Разработка методики исследования амплитудного ограничителя и частотного  детектора

Рекомендуемая методика проведения исследования амплитудного ограничителя при проведении лабораторной работы следующая.

1) Расчетная часть – предполагает проведение студентами теоретического расчета амплитудного ограничителя. Студенту необходимо рассчитать и построить амплитудную характеристику амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами и амплитудную характеристику транзисторного ограничителя. Методические указания к расчетам изложены ниже.

Характеристики амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами рассчитывается в следующем порядке:

- задаваясь рядом значений косинуса угла отсечки токов шунтирующих диодов cos θ = 1 ; 0,96 ; 0,92 ; 0,88 ; 0,84 ; 0,8 и, зная напряжение запирания диодов Uз, определить соответствующие амплитуды выходного напряжения ограничителя

Uвых.огр. = Uз / cos θ

- рассчитать для выбранных углов отсечки cos θ входное сопротивление двух шунтирующих диодов 0,5R’, пользуясь формулой:

                                R’=

и приведенными в таблице 3.1.1 значениями

Здесь Sд – крутизна характеристики прямого тока диода.

Таблица 3.1.1

- по заданным dэ1, Сэ1 и fo рассчитать сопротивление первого контура Rэ1, затем рассчитать значения R’э, d’э, и β1 для всех выбранных значений cos θ по формулам:

где   dэ1 – эквивалентное затухание первого контура с учетом влияния шунтирующих диодов;

 dэ2 – эквивалентное затухание второго контура.

-     по найденным Uвых.огр., R’э, β и заданной крутизне транзистора VT1 рассчитать ряд значений амплитуд входного напряжения, соответствующих выбранным cos θ и, следовательно,  Uвых.огр., пользуясь соотношением

Uвх= Uвых.огр.(1+ β21)/(S R’э1)

где S – крутизна характеристики коллекторного тока транзистора.

-     построить амплитудную характеристику ограничителя

Uвых.огр.=f(Uвх)

        Характеристики амплитудного ограничителя на транзисторах рассчитывается по формуле:

Рекомендуется следующая последовательность расчетов:

- при аппроксимации характеристики транзистора вида рисунка 3.1.3  Iк=Ψ(Uвх) найти крутизну ее наклонного участка S и напряжение отсечки Uo;

- задаваясь рядом значений угла отсечки (cos θ = 1 ; 0,8 ; 0,6 ; 0,4 ; 0,2 ; 0,1) найти соответствующие им значения амплитуды входного напряжения Uвх= Uо/cos θ, Uо=|U1|=U2 на рисунке 3.1.3;

- для выбранных cos θ (и, следовательно, Uвх) по формуле (1) рассчитать значения Uвых.огр., предварительно вычислив резонансное сопротивление первого контура Rэ1=1/ωоСэ1dэ1, и, используя значения функции                    , приведенные в таблице 3.1.2.

Таблица 3.1.2

- для всех Uвх, при которых cos θ < 0,1, можно считать амплитуду первой гармоники тока коллектора приблизительно постоянной и равной            

- при всех Uвх ≤ Uо, то есть в отсутствие ограничения, рассчитываемое устройство имеет резонансный коэффициент усиления, равный:

Характеристики частотного детектора рассчитываются с помощью обобщенных кривых Ψ(α , β), рисунок 3.1.4

- на обобщенной характеристике, соответствующей заданному β, выбрать 5-6 точек и найти их абсциссы и ординаты;

- найденные абсциссы выбранных точек выразить в значениях расстроек

- выходные напряжения частотного детектора, соответствующие выбранным точкам обобщенной характеристики, рассчитывают, подставляя найденные значения ординат функции Ψ(α , β), в формулу

Uвых=±I1RэKдΨ(α , β)

где   Kд – заданный в п.    коэффициент передачи  диодных амплитудных детекторов;

        Rэ – резонансное сопротивление колебательных контуров частотного детектора, рассчитываемое на основании исходных данных;

        I1 – амплитуда первой гармоники тока коллектора транзистора VT1.

        При расчете I1 надо полагать, что амплитуда входного напряжения частотного детектора во много раз больше порога ограничения и поэтому I1=                 (см. характеристику на рисунке 3.1.3)

        2) Экспериментальная часть – производится следующим образом.

Перед началом работы собрать схему, представленную на рисунке 3.1.1. Включить питание генератора сигналов, вольтметров, осциллографа и лабораторной установки.

Пробник вольтметра переменного напряжения В1 подключить к гнезду Х1 лабораторного макета. Пробник вольтметра В2 подключить к гнезду Х2.

Рисунок 3.1.1 - Схема для исследования амплитудного ограничителя

Подвести сигнал от генератора сигналов ГС к гнезду Х1 макета, установив входное напряжение Uвх при отсутствии модуляции равным 20-30 мВ. Установить частоту ГС равной резонансной частоте контура ограничителя fo. Плавно изменяя входное напряжение от ГС от 20 мВ до 3 В, снять 7-10 значений напряжения на выходе ограничителя. Результаты занести в таблицу 3.1.3

Таблица 3.1.3

Для снятия характеристик частотного детектора необходимо собрать схему, представленную на рисунке 3.1.2. Соединить гнезда Х2 и Х3, к гнезду Х4 подсоединить вольтметр переменного тока В2.

Вначале определяют расстройку Δf между центральной частотой частотного детектора f0=f01=f02 – частотой входного сигнала, при прохождении которой выходное напряжение ЧД изменяет знак, обращаясь в нуль – и

Рисунок 3.1.2 -   Схема для исследования частотного детектора.

Рисунок  3.1.3

Рисунок 3.1.4

частотой f, на которой выходное напряжение частотного детектора достигает максимума Δf=|f - f0|. Устанавливают амплитуду входного сигнала от ГС около 500 мВ.

Затем снимают характеристику ЧД, задавая равные приращения частоты в пределах от 0 до ±2 Δfо так, чтобы каждую ветвь характеристики ЧД можно было построить по 6-7 точкам. Полученные результаты заносятся в таблицу 3.1.4

Таблица 3.1.4

Экспериментальную и расчетную характеристики исследуемых узлов строят на одном графике.

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать цель работы, схему лабораторной установки, расчет характеристик амплитудного ограничителя и частотного детектора, таблицы расчетных и экспериментальных данных, графики расчетных и экспериментальных зависимостей, результаты сопоставления расчетных полученных в ходе эксперимента характеристик с указанием возможных причин расхождения эксперимента с расчетными данными.

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами.

2. От чего зависит порог ограничения амплитудного ограничителя  с шунтирующими диодами?

3. Почему рабочая часть характеристики амплитудного ограничителя с шунтирующими диодами не может быть горизонтальной и от чего зависит ее наклон?

4. Объясните принцип действия транзисторного амплитудного ограничителя.

5.  От чего зависит порог ограничения транзисторного амплитудного ограничителя?

6. Объясните принцип действия балансного частотного детектора со связанными контурами.

        7. Как и почему изменяется форма характеристики частотного детектора при изменении коэффициента связи между контурами?   

        8. От чего зависит крутизна характеристики частотного детектора?

        9. От чего зависит протяженность рабочего участка характеристики частотного детектора?

        10. Чем определяется эквивалентное затухание каждого из контуров?

        11. Нарисовать форму напряжений на входе ЧД, на входе первого АМ детектора, на входе второго АМ детектора при изменении частоты подводимого колебания.

Исходные данные для расчетов:

-     резонансная частота контуров ограничителя и детектора 465 кГц;

-     эквивалентная емкость контуров Сэ=220 пФ;

-     эквивалентные затухания контуров dэ=0,05;

-     крутизна характеристики транзистора VT1 в рабочей точке на рабочей частоте S=15 мА/В;

-     коэффициент передачи по напряжению каждого из диодных детекторов Кд=0,8.

Остальные данные, необходимые для расчетов, приведены в литературе.

Фактор связи β в интервале 1,0…2,5 задается преподавателем.

3.2 Разработка методики  исследования системы автоматической подстройки частоты

        Для исследования системы автоматической подстройки частоты (АПЧ) с помощью модернизированного лабораторного стенда рекомендуется следующая методика. Она представлена в виде методических указаний к проведению лабораторных работ.

        Целью данной работы является определение основных характеристик системы автоподстройки частоты следящего типа; коэффициента автоподстройки, полосы схватывания, статической характеристики управления частотой гетеродина и остаточной расстройки,  полосы удержания.

        Структурная схема системы АПЧ приведена на рисунке 3.2.1.

Рисунок 3.2.1 – Структурная схема системы АПЧ

        Рабочее задание на лабораторную работу:

1.  Снять статические характеристики управителя-частотного детектора;

2.  Снять резонансную характеристику преобразователя без АПЧ и с АПЧ, определить полосу удержания и полосу схватывания.

К п.1. Соединить гнезда   КТ5 с Х1, Х2 с Х3, тумблер «АПЧ» поставить в положение «вкл».

        К гнезду КТ4 присоединить генератор сигналов и частотометр, установить частоту немодулированного входного сигнала около 400 кГц  амплитудой  10-15 мВ.

        К гнезду Х4 подключить милливольтметр постоянного напряжения.

        Включить питание всех приборов.

        Плавно меняя частоту генератора, снять характеристики Uвыхчд=ξ(fпч) и fгет=φ(Uвыхчд). Результаты занести в таблицу 3.2.1. При измерении частоты гетеродина частотометр подключается к гнезду КТ4. Значения fпчо=fпч=465 кГц при Uвыхчд=Uо; fгето=fгет при Uд=Uo где Uo – постоянное напряжение на варикапе, измеряемое на гнезде Х4 при положении «выкл» тумблера «АПЧ».

        По результатам экспериментов построить графики зависимостей Δfгет=ξ(Uвыхчд), Uвыхчд =φ(Δ fпч).

По графикам определить статическую крутизну управителя

Sу= Δfгет/ ΔUвыхчд, и различителя Sд= ΔUвыхчд/ Δfпч

для линейных участков снятых характеристик.

         Коэффициент автоподстройки Капч вычисляется по формуле

        Капч=1+ Sу Sд

        Таблица 3.2.1

К п.2. Тумблер «АПЧ» выключить. Установить на генераторе сигналов частоту в районе 4,5 Мгц, амплитуду сигнала на выходе 1-1,5 мВ, подать ее на гнездо КТ2, подключить вольтметр переменного тока к гнезду КТ5. Установить регулятор «Частота гетеродина» в среднее положение.

        Плавно меняя частоту генератора или вращением ручки «Частота гетеродина» настроиться в резонанс по максимуму показаний вольтметра. Снять значение напряжения на вольтметре U1.

        Плавно перестраивая генератор, снять резонансную характеристику преобразователя  Uвых=F(fc), начиная с уровня U1/10 и заканчивая таким же уровнем. Результаты занести в таблицу 3.2.2.

        Тумблер «АПЧ» поставить в положение «ВКЛ». Снять резонансную характеристику с включенной системой автоподстройки частоты. Результаты занести в таблицу 3.2.3. С АПЧ характеристика снимается дважды:

а – при увеличении частоты;

б – при уменьшении частоты.

Таблица 3.2.2  - Характеристики без АПЧ

Таблица 3.2.3 – Характеристики с АПЧ

        Построить все отснятые резонансные кривые на одном графике, откладывая по оси ординат отношение напряжения при расстройках к максимальному (резонансному) значению напряжения на выходе, а по оси абсцисс абсолютные значения частоты входного сигнала. Пользуясь этими кривыми, построить характеристику АПЧ: зависимость отклонения промежуточной частоты относительно номинального значения остаточной расстройки от отклонения частоты входного сигнала относительно частоты точной настройки. Для этого из точки произвольного значения частоты восстановить перпендикуляр до пересечения с резонансной характеристикой, снятой с АПЧ, и определить относительную величину входного сигнала, соответствующую данной частоте или данной начальной расстройке: Δfн=fс1-fс0

Страницы: 1, 2, 3, 4