Яновский В.П. Лабораторный практикум: Система моделирования и анализа электрических схем Electronics Workbench - файл n1.doc

Яновский В.П. Лабораторный практикум: Система моделирования и анализа электрических схем Electronics Workbench
скачать (389 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc389kb.20.11.2012 06:47скачать

n1.doc




Министерство образования Республики Беларусь
Международный государственный экологический

университет им . А .Д . Сахарова
Факультет мониторинга окружающей среды

Кафедра экологических информационных систем
Лабораторный практикум
«Система моделирования и анализа электрических схем

Electronics Workbench»
по курсу "ЭЛЕКТРОНИКА"

Минск

2003


1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ 3

1.1. Анализ амплитудных спектров периодических сигналов 3

2. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ ПЕАРАМЕТРАМИ 6

3. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ 11

4. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ 16

5. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ 19

6. ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ 24

7. ЛИНЕЙНЫЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ 28



1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ


1.1. Анализ амплитудных спектров периодических сигналов

1.1.1. Анализ амплитудного спектра гармонического сигнала

1.1.1.1. Запустите Electronics Workbench. Перенесите на рабочую область Electronics Workbench генератор испытательных сигналов (Function Generator) и осциллограф (Oscilloscope).

1.1.1.2. Соберите схему в соответствии с рис.1.1 и сохраните его под именем 1_1.ewb. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования гармонического сигнала f = 1кГц с амплитудой, равной 1В.

1.1.1.3. Получите осциллограмму выходного сигнала генератора испытательных сигналов и измерьте амплитуду сигнала, его период и рассчитайте частоту.

1.1.1.4. Выполните спектральный анализ (Фурье-анализ) выходного сигнала генератора испытательных сигналов.

1.1.1.5. По полученному спектру исследуемого сигнала измерьте его частоту.

1.1.2. Анализ амплитудного спектра последовательности прямоугольных импульсов

1.1.2.1. Откройте файл 1_1.ewb. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования последовательности положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 1кГц, скважностью, равной 2.

1.1.2.2. Запишите аналитические выражение для амплитудного спектра последовательности прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2. По полученному выражению определите спектральный состав исследуемого сигнала.

1.1.2.3. Выполните спектральный анализ последовательности прямоугольных импульсов, формируемых генератором испытательных сигналов. Сравните полученный амплитудный спектр с результатом, полученным в п.1.1.2.2.

Сделайте вывод о влиянии постоянной составляющей сигнала на его амплитудный спектр. Проверьте экспериментально сформулированное Вами предположение.

1.1.2.4. Выполните спектральный анализ последовательности положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f=1кГц и скважностью, равной 4. Сравните полученный амплитудный спектр с результатом, полученным в п.1.1.2.3.

Сделайте вывод о влиянии скважности последовательности прямоугольных импульсов на ее амплитудный спектр.

1.1.3. Анализ амплитудного спектра последовательности импульсов треугольной формы

1.1.3.1. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования последовательности импульсов треугольной формы с частотой следования f=1кГц и с нулевой постоянной времени.

1.1.3.2. Выполните спектральный анализ выходного сигнала генератора испытательных сигналов. Сравните полученный результат с амплитудным спектром последовательности прямоугольных импульсов со скважностью, равной 2.

1.1.4. Анализ амплитудного спектра амплитудно-модулированного сигнала

1.1.4.1. Откройте файл 1_1.ewb. Замените генератор испытательных сигналов источником амплитудно-модулированного сигнала. Установите частоту несущего колебания, равной 10кГц, частоту модулирующего колебания – 1кГц, коэффициеннт модуляции - 0.3.

1.1.4.2. Получите осциллограмму амплитудно-модулированного сигнала и рассчитайте по осциллограмме коэффициент модуляции. Сравните полученное значение со значением, заданным в п.1.1.4.1.

1.1.4.3. Выполните спектральный анализ исследуемого сигнала. По полученному спектру рассчитайте коэффициент модуляции и определите ширину спектра исследуемого сигнала.

1.1.4.4. Выполните пункт 1.1.4.3 для амплитудно-модулированного колебания с коэффициентом модуляции, равным 0.8.

1.1.4.5. По полученным результатам оцените влияние коэффициента модуляции на спектральный состав амплитудно-модулированного сигнала и на ширину его спектра.

1.1.4.6. Выясните влияние частоты модулирующего колебания на спектральный состав амплитудно-модулированного колебания и на ширину его спектра.

1.1.5. Анализ амплитудного спектра частотно-модулированного сигнала

1.1.5.1. Откройте файл 1_1.ewb. Замените источник амплитудно-модулированного сигнала источником частотно-модулированного сигнала. Установите частоту несущего колебания, равной 10кГц, частоту модулирующего колебания – 1кГц, индекс модуляции - 5.

1.1.5.2. Получите осциллограмму частотно-модулированного сигнала.

1.1.5.3. Выполните спектральный анализ исследуемого сигнала.

1.1.5.4. Выполните пункт 1.1.5.3 для частотно-модулированного сигнала с индексом модуляции, равным 0.1.

1.1.5.5. По полученным результатам оцените влияние индекса модуляции на спектральный состав частотно сигнала и на ширину его спектра.

1.2.Синтез периодических сигналов


1.2.1. Откройте файл 1_2.ewb, в котором приведена схема синтезатора периодических сигналов (рис.1.2). Схема содержит семь генераторов гармонических колебаний U1 ч U7, источник постоянного напряжения U0 и сумматор аналоговых сигналов, реализованный на операционном усилителе LM741. В качестве генераторов гармонических сигналов используются идеальные источники переменного напряжения. Для этих генераторов предусмотрена возможность установки напряжения (Voltage), частоты (Frequency) и начальной фазы (Phase) синусоидального сигнала.

3.2.2. Синтезируйте последовательности прямоугольных импульсов с частотой следования f=1кГц, скважностью, равной 2, с нулевой и ненулевой (1В) постоянной составляющей, а также амплитудно-модулированный сигнал с индексом модуляции, равным0.8. В качестве исходных данных для синтеза указанных сигналов используйте экспериментальные данные, полученные в процессе анализа амплитудных спектров этих сигналов.

2. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ ПЕАРАМЕТРАМИ

2.1. RC-цепи интегрирующего типа (фильтров нижних частот)


2.1.1. Рассчитайте значения сопротивления резистора и емкости конденсатора RC-цепи интегрирующего типа с частотой среза fс = 3 кГц и ее постоянную времени , используя выражения

? = RC.

2.1.2. Соберите схему, представленную на рис.2.1. Установите полученное в п. 2.1.1 значения сопротивления резистора R и емкости конденсатора C.

2.1.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидальных колебаний (f = 3 кГц, амплитуда 1 В). Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемиой цепи и определите по ним и сдвиг фаз между ними:

,

где – минимальный интервал времени, когда сигналы находятся в одинаковых фазах, а Т – период колебаний.

2.1.4. С помощью измерителя АЧХ и ФЧХ получите АЧХ и ФЧХ исследуемой RC-цепи. Определите частоту среза и сдвиг фаз между выходным и входным сигналами на этой частоте. Сравните полученнные результаты с результатами по п.2.1.3.

2
Таблица 2.1
.1.5. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 500 Гц и амплитудой 1 В, скважностью Q = 2. Выполните спектральный анализ входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Данные спектрального анализа занесите в таблицу 2.1.


Номер гармоники
















Частота гармоники, кГц

 

 

 

 

 

Амплитуда гармоник вх. ситнала, В

 

 

 

 

 

Амплитуда гармоник вых. сигнала, В
















Сравните полученные амплитудные спектры и сопоставьте их с АЧХ исследуемой цепи.

Получите осциллограммы входного и выходного сигналов RC-цепи интегрирующего типа. Объясните причину искажений выходного сигнала.

2.1.6. Получите переходную характеристику исследуемой цепи на экране осциллографа и по ней определите постоянную времени. Сравните полученный результат с расчетным значением постоянной времени .

2.1.7. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 100 Гц и амплитудой 1 В, скважностью q = 2. Получите переходные характеристики RC-цепей с постоянными времени 2, 5, и 10. Оцените влияние постоянной времени исследуемой цепи на частоту среза и на амплитудный спектр выходного сигнала.

2.2. RC-цепи дифференцирующего типа (фильтров верхних частот)


2.2.1. Рассчитайте значения сопротивления резистора и емкости конденсатора RC-цепи дифференцирующего типа с частотой среза fс = 3 кГц и ее постоянную времени , используя выражения

? = RC.

2.2.2. Соберите схему, представленную на рис.2.2. Установите полученное в п. 2.2.1 значения сопротивления резистора R и емкости конденсатора C.

Сохраните схему, изображенную на рис. 2.2, под именем 2_1.ewb.
2.2.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидальных колебаний (f = 3 кГц, амплитуда 1 В). Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемиой цепи и определите по ним и сдвиг фаз между ними:

,

где – минимальный интервал времени, когда сигналы находятся в одинаковых фазах, а Т – период колебаний.

2.2.4. С помощью измерителя АЧХ и ФЧХ получите АЧХ и ФЧХ исследуемой RC-цепи. Определите частоту среза и сдвиг фаз между выходным и входным сигналами на этой частоте. Сравните полученнные результаты с результатами по п.2.2.3.

2.2.5. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 500 Гц и амплитудой 1 В, скважностью q = 2. Выполните спектральный анализ входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Данные спектрального анализа занесите в таблицу (см. табл. 2.1). Сравните полученные амплитудные спектры и сопоставьте их с АЧХ исследуемой цепи.

Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой RC-цепи. Объясните причину искажений выходного сигнала.

2.2.6. Получите переходную характеристику исследуемой цепи на экране осциллографа и по ней определите постоянную времени. Сравните полученный результат с расчетным значением постоянной времени .

2.2.7. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 100 Гц и амплитудой 1 В, скважностью q = 2. Получите переходные характеристики RC-цепей с постоянными времени 2, 5, и 10. Оцените влияние постоянной времени исследуемой цепи на частоту среза и на амплитудный спектр выходного сигнала.

2.2.8. Сохраните схему, изображенную на рис. 2.2, под именем 2_1.ewb.

2.3. Разделительные RC-цепи


2.3.1. Вызовите файл 2_1.ewb. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 10 кГц, скважностью 10, амплитудой 10 В. Убедитесь в том, что формируемые генератором испытательных сигналов импульсы действительно являются положительными прямоугольными импульсами длительностью tи = 10 мкс.

2.3.2. Рассчитайте значения сопротивления резистора и емкости конденсатора RC-цепи, при которой постоянная времени  = tи = 10мкс. Для этого случая получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи и измерьте величину скола вершины выходного сигнала. Получите амплитудные спектры входного и выходного сигналов и сравните их.

2.3.3. Установите величину постоянной времени исследуемой цепи  = 10tи = 100мкс. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи и измерьте величину скола вершины выходного сигнала. Получите амплитудные спектры входного и выходного сигналов и сравните их.

2.3.4. Повторите пункт 2.3.3. для  = 50tи = 500мкс. На основании полученных данных объясните термин «разделительные RC-цепи».

2.4.Последовательный колебательный контур


2.4.1. Соберите схему для исследования последовательного колебательного контура (рис.2.3).

Рассчитайте значение индуктивности катушки индуктивности для случая резонансной частоты fрез= 250 кГц (С = 1нФ), волновое сопротивление полученного контура, его затухание и добротность по формулам:






2.4.2. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 500 Гц, скважностью q = 2, амплитудой 10 В.

2.4.3. Получите АЧХ и ФЧХ исследуемого контура. По АЧХ определите резонансную частоту, полосу пропускания и рассчитайте добротность контура. Сравните полученные значения с расчетными.

2.4.4. Получите переходную характеристику исследуемого контура и определите по этой характеристике частоту свободных колебаний, сравните ее с резонансной частотой.

2.4.5. Повторите пункты 2.4.3 и 2.4.4 для резонансного контура с сопротивлением потерь 1 Ом. Сопоставьте результаты, полученные в пунктах 2.4.3, 2.4.4 и 2.4.5.

2.5.Параллельный колебательный контур


2.5.1. Соберите схему для исследования параллельного колебательного контура (рис. 2.4). Значения индуктивности L1 и емкости C1 установите равными значениям индуктивности и емкости элементов ранее исследуемого последовательного колебательного контура. Рассчитайте добротность контура.

2.5.2. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = 500 Гц, скважностью q = 2, амплитудой 10 В.

2.5.3. Получите АЧХ и ФЧХ исследуемого контура. По АЧХ определите резонансную частоту, полосу пропускания и добротность контура. Сравните их величины с расчетными значениями и со значениями, полученными для последовательного контура.

2.5.4. Получите переходную характеристику исследуемого контура и определите по этой характеристике частоту свободных колебаний, сравните ее с резонансной частотой.

2.5.5. Повторите пункты 2.5.3 и 2.5.4 для резонансного контура с сопротивлением потерь 1 Ом. Сравните полученные результаты, с данными, полученными в пунктах 2.5.3, 2.5.4.

2.5.6. Повторите пункты 2.5.3 и 2.5.4 для резонансного контура с сопротивлением R1 = 100 кОм. Объясните полученные результаты.

3. УСИЛИТЕЛЬНЫЕ КАСКАДЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

3.1. Усилительный каскад с ОЭ


Вызовите файл 3_1.ewb, в котором приведена схема усилительного каскада с ОЭ (рис. 3.1).

Конденсаторы С1 и С2 в этой схеме являются соответственно входным и выходным разделительными конденсаторами. Конденсатор С3 устраняет отрицательную обратную связь по переменному току на частоте усиливаемого сигнала. Емкости этих конденсаторов определяют поведение АЧХ и ФЧХ каскада в области нижних частот. Емкости конденсаторов С2 и С3 выбраны таким образом, чтобы определяющее влияние на АЧХ каскада оказывал конденсатор С1.

Базовый делитель образован постоянными резисторами R1 и R2. Резистор R5 иммитирует активное сопротивление нагрузки, конденсатор С4 – емкостное сопротивление нагрузки.

3.1.1. Выбор рабочей точки транзистора при работе каскада в качестве предварительного усилителя

3.1.1.1. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=5 кГц и амплитудой 5 мВ.

3.1.1.2. Выполните расчет режима транзистора по постоянному току. Для этого щелкните левой кнопкой мыши по раскладному меню Analysis главного меню Electronics Workbench и выполните команду DC Opetating Point. В появившихся при этом результатах расчета режима усилительного каскада приведены потенциалы базы, эмиттера и коллектора транзистора.

3.1.1.3. Включите схему и по осциллограммам входного и выходного сигналов усилительного каскада определите его коэффициент усиления по напряжению. Проконтролируйте полученный результат по АЧХ каскада.

3.1.1.4. Контролируя по АЧХ коэффициент усиления каскада и регулируя с помощью резистора R2 напряжение смещения на базе транзистора, убедитесь в том, что коэффициент усиления каскада зависит от выбора рабочей точки транзистора.

3.1.1.5. Установите такое напряжение смещения, при котором коэффициент усиления максимален.

3.1.2. Влияние емкости входного разделительного конденсатора и емкости нагрузки на АЧХ и ФЧХ каскада

3.1.2.1. Получите АЧХ и ФЧХ усилительного каскада для С1=4.7 мкФ и С4=20 пФ. Определите по АЧХ нижнюю и верхнюю граничные частоты и полосу пропускания каскада, а по ФЧХ – сдвиг фазы выходного сигнала на нижней граничной, верхней граничной и средней () частотах.

3.1.2.2. Повторите пункт 3.1.2.1 для С1 = 0.47 мкФ и С4 = 200 пФ.

3.1.2.3. Сопоставьте полученные в п. 3.1.2.1 и в п. 3.1.2.2 данные. Сделайте выводы о влиянии величин емкостей входного разделительного конденсатора и конденсатора нагрузки на АЧХ и ФЧХ каскада.

3.1.3. Измерение входного сопротивления каскада

Входное сопротивление каскада можно определить по уменьшению выходного напряжения, если на вход подан сигнал через резистор с известным сопротивлением (R6=1 кОм). Входное сопротивление определяется выражением

,

где UВЫХ и U’ВЫХ – соответственно амплитуды выходных напряжений без R6 и при его наличии.

3.1.3.1. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=5 кГц и амплитудой 2 мВ. Включите схему и убедитесь в отсутствии нелинейных искажений, измерьте по осциллограмме амплитуду сигнала UВЫХ.

3.1.3.2. Дополните схему усилительного каскада резистором R6=1 кОм. Определите по осциллограмме амплитуду сигнала U’ВЫХ. Рассчитайте входное сопротивление. Удалите из схемы резистор R6=1 кОм.

3.1.4. Измерение выходного сопротивления

Для определения выходного сопротивления усилительного каскада достаточно измерить его выходное напряжение UВЫХ в режиме холостого хода (когда резистор нагрузки R5=10 кОм отключен) и выходное напряжение U’ВЫХ при подключенной нагрузке. Тогда

.

3.1.4.1. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=5 кГц и амплитудой 2 мВ. Включите схему и убедитесь в отсутствии нелинейных искажений, измерьте по осциллограмме амплитуду сигнала U’ВЫХ.

3.1.4.2. Удалите из схемы усилительного каскада резистор нагрузки R5. Определите по осциллограмме амплитуду сигнала UВЫХ. Рассчитайте выходное сопротивление. Дополните схему усилительного каскада резистором R5=10 кОм.

3.1.5. Снятие амплитудной характеристики каскада

3.1.5.1. Вызовите файл 3_1.ewb. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=5 кГц и амплитудой 1 мВ.

3.1.5.2. Снятие амплитудной характеристики начинайте с амплитуды входного сигнала UВХ = 1 мВ через каждые 4мВ и продолжайте до тех пор, пока форма выходного сигнала не с

танет заметно отличаться от синусоиды. Для каждого значения амплитуды входного сигнала измерьте амплитуду выходного сигнала. За амплитуду выходного сигнала принимайте полный размах выходного сигнала, деленного на 2.

3.1.5.3. Результаты измерений занесите в таблицу. По полученным результатам постройте амплитудную характеристику усилительного каскада.

3.1.6. Влияние емкости входного разделительного конденсатора и емкости нагрузки на переходную характеристику каскада

3.1.6.1. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных импульсов прямоугольной формы с частотой следования f=25Гц и амплитудой 2мВ и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов усилительного каскада для С1 = 4.7мкФ и С4 = 20пФ. Убедитесь в том, что период этих импульсов обеспечивает наблюдение всей переходной характеристики, причем к моменту формирования на входе усилительного каскада очередного скачка напряжения выход каскада возвращается к нулевым начальным условиям.

Определите по переходной характеристике в области малых времен постоянную времени эквивалентной цепи интегрирующего типа усилительного каскада, а по переходной характеристике в области больших времен постоянную времени эквивалентной цепи дифференцирующего типа.

3.1.6.2. Повторите пункт 3.1.6.1 для следующих комбинаций емкостей разделительного конденсатора и конденсатора нагрузки:

- С1 = 4.7мкФ и С4 = 200пФ;

- С1 = 0.47мкФ и С4 = 20пФ.

3.1.6.3. Убедитесь в том, что переходная характеристика в области малых времен определяется емкостью конденсатора нагрузки, а в области больших времен – емкостью входного разделительного конденсатора.

3.2. Усилительный каскад с ОБ


3.2.1. Вызовите файл 3_2.ewb, в котором приведена схема усилительного каскада с ОБ (рис. 3.2).

Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=200 кГц и амплитудой 5 мВ.

3.2.2. Выполните расчет режима транзистора по постоянному току. Убедитесь в том, что переход база-эмиттер транзистора смещен в прямом направлении (открыт), а переход база-коллектор смещен в обратном направлении, т.е. закрыт.

3.2.3. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов усилительного каскада и определите его коэффициент усиления по напряжению. Убедитесь в том, что каскад с ОБ не инвертирует входной сигнал.

3.2.4 Получите АЧХ и ФЧХ усилительного каскада. Определите нижнюю и верхнюю граничные частоты, полосу пропускания каскада, сдвиг фазы выходного сигнала и коэффициент усиления каскада по напряжению на средней частоте.

3.2.5. Измерьте в соответствии с п. 3.1.3 входное сопротивление каскада на средней частоте.

3.2.6. Измерьте в соответствии с п. 3.1.4 выходное сопротивление каскада на средней частоте.

3.3.Усилительный каскад с ОК


3.3.1. Вызовите файл 3_3.ewb, в котором приведена схема усилительного каскада с ОК (рис. 3.3).

Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=200 кГц и амплитудой 1В.

3.3.2. Выполните расчет режима транзистора по постоянному току. Убедитесь в том, что переход база-эмиттер транзистора смещен в прямом направлении (открыт), а переход база-коллектор смещен в обратном направлении, т.е. закрыт.

3.3.3. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов усилительного каскада и определите его коэффициент усиления по напряжению. Убедитесь в том, что каскад с ОК не инвертирует входной сигнал.

3.3.4. Получите АЧХ и ФЧХ усилительного каскада. Определите нижнюю и верхнюю граничные частоты, полосу пропускания каскада, сдвиг фазы выходного сигнала и коэффициент усиления каскада по напряжению на средней частоте.

3.3.5. Измерьте в соответствии с п. 3.1.3 входное сопротивление каскада на средней частоте.

3.3.6. Измерьте в соответствии с п. 3.1.4 выходное сопротивление каскада на средней частоте.

3.3.7. По полученным экспериментальным данным составьте сводную таблицу параметров усилительных каскадов с ОЭ, ОБ и ОК. В таблице укажите коэффициенты усиления по напряжению, верхние и нижние граничные частоты, полосы пропускания, входные и выходные сопротивления.

4. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ В УСИЛИТЕЛЯХ

4.1. RC-каскад с отрицательной последовательной обратной связью по току


4.1.1. Вызовите файл 4_1.ewb, в котором приведена схема усилительного каскада с ОЭ (рис. 4.1). Обратите внимание на наличие в цепи эмиттера транзистора двух резисторов R4 и R5. При шунтировании конденсатором С3 (его емкость достаточно велика) обоих резисторов коэффициент обратной связи на средних частотах (fСР) = 0, т.е. обратная связь по переменному току отсутствует. Если зашунтировать этим конденсатором только резистор R5, то без учета нагрузки 2(fСР)=R4/R3?0,1. Если ни один из резисторов R4 R5 не шунтируется конденсатором, то 3(fСР)=(R4+ +R5)/R3?0,7.

4.1.2. Выполните расчет режима транзистора по постоянному току. Убедитесь в том, что переход база-эмиттер транзистора смещен в прямом направлении (открыт), а переход база-коллектор смещен в обратном направлении, т.е. закрыт.

4.1.3. Получите АЧХ усилительного каскада при трех вышеуказанных коэффициентах обратной связи на средних частотах при RН=R6=10 кОм и СН=С4=200 пФ. Определите коэффициент усиления каскада по напряжению, нижнюю и верхнюю граничные частоты и полосу пропускания каскада для всех коэффициентов обратной связи. Полученные результаты занесите в таблицу.

4.1.4. На средних частотах fСР снимите амплитудные характеристики усилительного каскада при трех различных значениях коэффициента обратной связи. Диапазон изменения входных сигналов выберите сами.

4.1.5. Измерьте входное и выходное сопротивления каскада на частотах fСР при различных значениях коэффициента обратной связи.

4.2. RC-каскад с отрицательной параллельной обратной связью по напряжению


4.2.1. Вызовите файл 4_2.ewb, в котором приведена схема RC-каскада с отрицательной параллельной обратной связью по напряжению (рис. 4.2).

4.2.2. Рассчитайте коэффициент обратной связи по напряжению по формуле (fСР) =

Значение входного сопротивления усилителя без отрицательной обратной связи RВХ следует взять из результатов измерения входного сопротивления усилительного каскада с отрицательной последовательной обратной связью по току при 1(fСР)= = 0.

4.2.3. Получите АЧХ усилительного каскада при RН = R6 = = 10 кОм и СН = С4 = 200 пФ. Определите коэффициент усиления каскада по напряжению, нижнюю и верхнюю граничные частоты, полосу пропускания и среднюю частоту каскада. Полученные результаты занесите в таблицу.

4.2.4. Измерьте входное и выходное сопротивления каскада на частотах fСР. Объясните полученный результат.

4.3. Избирательный усилитель


4.3.1. Вызовите файл 4_3.ewb, в котором приведена схема двойного Т-образного моста (рис. 4.3).

4.3.2. Рассчитайте частоту ?0, на которой коэффициент передачи двойного Т-образного моста (2Т-моста) минимален (?0 = 1/RC).

4.3.3. Получите АЧХ и ФЧХ 2Т-моста. Определите частоту, на которой коэффициент передачи 2Т-моста минимален. Определите сдвиг фазы выходного сигнала на этой частоте. Сравните измеренную частоту с расчетной.

4.3.4. Вызовите файл 4_4.ewb, в котором приведена схема RC-каскада с отрицательной параллельной обратной связью по напряжению, в цепи обратной связи которого включен 2Т-мост (рис. 4.4). Выход 2Т-моста подключен к входу усилителя через резистор R12=11кОм, усиливаемый сигнал подключен ко входу исходного усилителя через резистор R1=100 кОм.

4
.4.5. Получите АЧХ и ФЧХ избирательного усилителя. Определите по АЧХ частоту, на которой коэффициент усиления усилителя максимален. Измерьте его.

5. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ

5.1. Измерение напряжения смещения Uсм


5.1.1. Вызовите файл 5_1.ewb, в котором приведена схема измерения напряжения смещения операционного усилителя (рис. 5.1). Напряжение смещения Uсм – это постоянное напряжение, которое необходимо подать на вход ОУ, чтобы напряжение на его выходе стало равным нулю. Так как величина напряжения смещения Uсм мала, для ее измерения используется собранная на базе исследуемого операционного усилителя (ОУ) схема усилителя с коэффициентом усиления К0 = 103.

Так как входы этого усилителя заземлены, его выходное постоянное напряжение Uвых обусловлено напряжением смещения, величина которого находится из выражения

Uсм  10-3 *Uвых.

5.1.2. Получите осциллограмму выходного напряжения усилителя и определите напряжение смещения операционного усилителя LM741.

5.1.3. Замените реальный ОУ LM741 идеальным и определите его напряжение смещения. Объясните полученный результат.

5.2. ОУ без обратной связи


Из-за большой величины коэффициента усиления ОУ без отрицательной обратной связи измерение его представляет собой значительные трудности. В этом случае на вход ОУ необходимо подавать очень маленькие по величине калиброванные сигналы, соизмеримые по величине с напряжением смещения нуля. Поэтому обычно ОУ охватывают цепью отрицательной обратной связи с параметрами, обеспечивающими фиксированный коэффициент усиления на постоянном токе.

5.2.1. Вызовите файл 5_2.ewb, в котором приведена приведена схема (рис. 5.2), позволяющая с достаточной на практике точностью измерить коэффициент усиления ОУ без отрицательной обратной связи. Эта схема представляет собой модификацию инвертирующего усилителя с единичным коэффициентом усиления по постоянному току, поскольку сопротивления резисторов R2 и R3, соединяющих источник сигнала (генератор) и выход усилителя, равны.

Входным напряжением ОУ является напряжение U0, равное падению напряжения на резисторе R1. С изменением частоты входного сигнала при постоянстве его амплитуды напряжение U0 будет изменяться. Коэффициент усиления на частоте ?:
Ku(?)=

Вместо измерения напряжения Uо можно измерять напряжение в точке Uа, величина которого определяется выражением

UA =Uо

Тогда

Ku(?) = ?100

5.2.2. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=1 Гц и амплитудой 5В.

5.2.3. Получите осциллограммы сигнала Uа и выходного сигнала ОУ. Определите по ним коэффициент усиления ОУ.

5.2.4. Получите АЧХ ОУ. Определите коэффициент усиления ОУ на частоте 1 Гц. Сравните его с велчиной, полученной в п.5.2.3 и с паспортным значением коэффициента усмиления ОУ LM741.

Обратите внимание на то, что верхняя граничная частота ОУ очень мала.

5.3. Инвертирующий усилитель


5.3.1. Вызовите файл 5.3.ewb, в котором приведена схема инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления по напряжению КиUос = -R3/R2 = - 100 (рис. 5.3).

5.3.2. Получите АЧХ инвертирующего усилителя на ОУ LM741. Определите коэффициент усиления по напряжению, нижнюю и верхнюю граничные частоты и полосу пропускания.

5.3.3 Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=1кГц и амплитудой 1мВ. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов. Определите коэффициент усиления по напряжению.

5.3.4. Повторите пункт 5.3.2 для модели идеального усилителя. Сопоставьте осциллограммы выходных сигналов для инвертирующего усилителя на ОУ LM741 и на идеальном ОУ. Объясните их отличие.

5.3.5. Вызовите файл 5_4.ewb, в котором приведена схема инвертирующего усилителя с коэффициентом усиления по напряжению (рис. 5.4). В этой схеме источник V1 постоянного напряжения минимизирует влияние напряжения смещения ОУ на работу усилителя

Изменяя выходное напряжение источника V1, добейтесь отсутствия смещения выходного сигнала инвертирующего усилителя по постоянному току.

Повторите пункт 5.3.2.

5.3.6. Определите входное сопротивление усилителя на частоте 50Гц, выполнив поочередно измерение выходного напряжения при подключенном последовательно резистору R2 резистора сопротивлением 1кОм и без него :

.

5.4. Неинвертирующего усилителя


5.4.1. Вызовите файл 5_5.ewb, в котором приведена схема неинвертирующего усилителя (рис. 5.5) с коэффициентом усиления по напряжению

5.4.2. Получите АЧХ неинвертирующего усилителя на ОУ LM741. Определите коэффициент усиления по напряжению, нижнюю и верхнюю граничные частоты и полосу пропускания. Укажите причину расширения полосы пропускания рассматриваемого усилителя по сравнению с инвертирующим усилителем.

5.4.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=1кГц и амплитудой 1В. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов. Определите коэффициент усиления по напряжению.

5.4.4. Убедитесь в том, что входное сопротивление неинвертирующего усилителя существенно выше, чем входное сопротивление инвертирующего усилителя. Для этого проведите измерения в соответствии с пунктом 5.3.6. Объясните полученный результат.

5.4.5. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального сигнала с частотой следования f=20кГц и амплитудой 1В. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов. Обратите внимание на наличие в выходном сигнале усилителя нелинейных искажений. Для доказательства этого выполните спектральный анализ (Фурье-анализ) входного и выходного сигналов усилителя. Обратите внимание на наличие в спектре выходного сигнала усилителя гармоник, отсутствующих в спектре входного сигнала.

5.4.6. Контролируя форму выходного сигнала усилителя, уменьшайте амплитуду его входного сигнала до исчезновения нелинейных искажений. Убедитесь в том, что в отсутствии нелинейных искажений в спектре выходного сигнала усилителя не наблюдаются гармоники, отсутствующие в спектре входного сигнала.

5.5. Суммирующий усилитель


5.5.1. Предложите и соберите схему суммирующего усилителя, выходное напряжение которого UВЫХ = -(U1 + 10 U2).

5.5.2. Проверьте правильность работы схемы для входных сигналов с частотой f1 = 1кГц и f2 = 100кГц. Выполните спектральный анализ (Фурье-анализ) входных и выходного сигналов суммирующего усилителя.

5.6. Интегратор на ОУ


5.6.1.Соберите схему RC-цепи интегрирующего типа (рис. 2.1) с R = = 335 Ом и С = 162 нФ.

5.6.2. Получите АЧХ исследуемой цепи и определите частоту среза.

5.6.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной частоте среза, амплитудой 5 В и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Обратите внимание на форму выходного сигнала.

5.6.4. Вызовите файл 86.ewb, в котором приведена схема интегратора на ОУ LM741 (рис.5.6). Обратите внимание на то, что емкость конденсатора С и сопротивление резистора R выбраны такими же, как и в исследуемой ранее RC-цепи интегрирующего типа, т.е. R = 335 Ом и С = 162 нФ.

6.5. Получите АЧХ интегратора. По АЧХ определите частоту среза исследуемой схемы, рассчитайте эквивалентную постоянную времени интегратора. Сравните полученное значение с величиной постоянной времени RC-цепи интегрирующего типа, исследуемой в п. 5.6.2.

5.6.6. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной 1Гц, амплитудой 250 мкВ и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Обратите внимание на отсутствие постоянной составляющей во входном сигнале и на наличие постоянной составляющей в выходном сигнале интегратора. Объясните причину появления составляющей в выходном сигнале.

5.6.7. Повторите пункт 5.6.6 для идеального ОУ. Сравните осциллограммы выходных сигналов интеграторов на ОУ LM741 и на идеальном ОУ. Объясните их отличие.

5.7. Исследование дифференциатора на ОУ


5.7.1. Соберите схему RC-цепи дифференцирующего типа (рис. 2.2) с R = 10 кОм и С = 500 нФ.

5.7.2. Получите АЧХ исследуемой цепи и определите ее частоту среза.

5.7.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной частоте среза, амплитудой 5 В и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи. Обратите внимание на форму выходного сигнала.

5.7.4. Вызовите файл 5_7.ewb, в котором приведена схема дифференциатора на ОУ LM741 (рис. 5.7). Обратите внимание на то, что емкость конденсатора С и сопротивление резистора R выбраны такими же, как и в исследуемой ранее RC-цепи дифференцирующего типа, т.е. R=10 кОм и С = 500 нФ.

5.7.5. Получите АЧХ дифференциатора и определите частоту среза исследуемой схемы, рассчитайте эквивалентную постоянную времени дифференциатора. Сравните полученное значение с величиной постоянной времени RC-цепи дифференцирующего типа, исследуемой в п.5.7.2.

5.7.6. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования биполярных импульсов прямоугольной формы с частотой следования, равной 316 Гц, амплитудой 250мВ и скважностью 2. Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой цепи.

6. ГЕНЕРАТОРЫ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

6.1. RC-генератор с мостом Вина


6.1.1. Вызовите файл 6_1.ewb, в котором приведена схема моста Вина (рис. 6.1).

6.1.2. Получите АЧХ и ФЧХ моста Вина. Определите по АЧХ частоту, на которой коэффициент передачи моста максимален. Сравните ее с теоретическим значением, рассчитанным по формуле

6.1.3. Получите переходную характеристику моста Вина. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования 500Гц, амплитудой 10 В и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.1.4. Вызовите файл 6_2.ewb, в котором приведена схема регенеративного усилителя с мостом Вина (рис. 6.2). Регенеративный усилитель содержит цепи двух типов обратной связи – отрицательной и положительной. Отрицательная обратная связь образована резисторами R4 и R5, положительная – мостом Вина. Коэффициент усиления сигнала по инвертирующему входу, к которому подключен генератор, может регулироваться изменением сопротивления резистора R4. Коэффициент усиления усилителя по неинвертирующему входу, на который поступает сигнал с моста Вина, на единицу больше, чем по инвертирующему входу.

6.1.5. Отключите от выхода усилителя цепь положительной обратной связи (вход моста Вина). Получите АЧХ усилителя. Определите коэффициент усиления усилителя по инвертирующему входу на частоте , на которой коэффициент передачи моста Вина максимален.

6.1.6. Получите переходную характеристику усилителя. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования 500 Гц, амплитудой 1 В и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.1.7. Изменив величину сопротивления резистора R4, установите коэффициент усиления усилителя равным 1.5. Напоминаем, что по неинвертирующему входу коэффициент усиления будет равен 2.5.

6.1.8. Снимите в соответствии с пунктом 6.1.6 переходную характеристику. Убедитесь в том, что и в этом случае переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.1.9. Подключите к выходу усилителя вход моста Вина. Снимите в соответствии с пунктом 6.1.6 переходную характеристику. Убедитесь в том, что в этом случае переходная характеристика приобретает колебательный характер.

6.1.10. Получите АЧХ усилителя. Определите частоту, на которой коэффициент усиления усилителя имеет наибольшее значение.

6.1.11. Изменяя величину сопротивления резистора R4 в сторону увеличения коэффициента усиления, наблюдайте изменение переходной характеристики усилителя и его АЧХ. Обратите внимание на то, что переходная характеристика будет все более отчетливо носить колебательный характер, а АЧХ все больше будет приближаться к АЧХ резонансного усилителя. При коэффициенте усиления усилителя K > 3 происходит генерация.

6.1.12. Уменьшив амплитуду сигнала, формируемого генератором испытательных сигналов, до нуля, убедитесь в возникновении генерации. Обратите внимание на постепенное нарастание амплитуды выходных колебаний при возникновении генерации и одновременное искажение их формы.

6.1.13. Вызовите файл 6_3.ewb, в котором приведена схема RC-генератора с мостом Вина и отрицательной нелинейной обратной связью (рис. 6.3). Убедитесь в том, что в этом случае колебания по форме приближаются к синусоидальным.

6.2. RC-генератор с трехзвенной фазосдвигающей цепью


6.2.1. Вызовите файл 6_4.ewb, в котором приведена схема трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель (рис. 6.4).

6.2.2. Получите АЧХ и ФЧХ трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель. Определите частоту, на которой сдвиг фазы выходного сигнала относительно входного составляет -?. Сравните экспериментально полученное значение частоты с теоретическим значением, рассчитанным по формуле . Определите коэффициент передачи трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель на этой частоте.

6.2.3. Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального напряжения с частотой и амплитудой 29В. По осциллограммам входного и выходного сигналов определите коэффициент передачи трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель на частоте . Убедитесь в том, что сдвиг фазы выходного сигнала относительно входного на этой частоте равен -?, а коэффициент передачи соответствует ранее полученному значению.

6.2.4. Получите переходную характеристику трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования 500 Гц, амплитудой 10 В и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.2.5. Вызовите файл 6_5.ewb, в котором приведена схема трехзвенной фазосдвигающей цепи типа R-параллель, к выходу которой подключен инвертирующий усилитель (рис. 6.5).

В этой схеме коэффициент усиления усилителя по напряжению определяется цепью отрицательной обратной связи по напряжению, образованной резисторами R3, R4, R5. Он может изменяться, например, изменением сопротвления резистора R5. Такой вид обратной связи приводит к уменьшению входного сопротивления усилителя до величины Rвх = R4. В результате RC-цепь со стороны ее выхода оказывается нагруженной на входное сопротивления усилителя. При R3 = 1.5 кОм это приводило бы к отклонению частоты генерации от расчетной. Чтобы это не происходило, резисторы R3 и R4 выбраны такими, что сопротивление кОм.

6.2.6. Получите АЧХ и ФЧХ инвертирующего усилителя. Определите коэффициент передачи усилителя на частоте и фазовый сдвиг выходного сигнала усилителя относительно входного сигнала на этой же частоте.

6.2.7. Получите АЧХ и ФЧХ схемы, состоящей из последовательно включенных фазосдвигающей цепи и инвертирующего усилителя. Определите коэффициент передачи этой схемы на частоте и фазовый сдвиг выходного сигнала усилителя относительно входного сигнала трехзвенной фазосдвигающей цепи на этой же частоте.

6.2.8. Получите переходную характеристику схемы, состоящей из последовательно включенных фазосдвигающей цепи и инвертирующего усилителя. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f = =500Гц, амплитудой 1 В и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика не носит колебательный характер.

6.2.9. Вызовите файл 6_6.ewb, в котором приведена схема регенеративного усилителя с трехзвенной фазосдвигающей цепью типа R-параллель (рис. 6.6).

6.2.10. Получите АЧХ усилителя. Определите частоту, на которой коэффициент усиления усилителя имеет наибольшее значение.

6.2.11. Получите переходную характеристику усилителя. Для этого установите генератор испытательных сигналов в режим формирования положительных прямоугольных импульсов с частотой следования f=10 Гц, амплитудой 10 мВ и скважностью 2. Убедитесь в том, что переходная характеристика носит колебательный характер.

6.2.12. Изменяя величину сопротивления R5, добейтесь самовозбуждения генератора. Измерьте частоту генерируемых колебаний и сравните ее с частотой .

6.2.13. Вызовите файл 6_7.ewb, в котором приведена схема -генератора с -цепочкой и нелинейной отрицательной обратной связью (рис. 6.7). Убедитесь в том, что в этом случае форма генерируемых колебаний приближается к синусоидальной.

7. ЛИНЕЙНЫЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ С ПОСТОЯННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

7.1. Аналоговые перемножители


7.1.1. Вызовите файл 7_1.ewb, в котором приведена схема аналогового перемножителя (рис. 7.1). Установите выходное напряжение источника V1 р


авным 2В. Изменяя напряжение на входе INPUT X от –12В до + 12В, получите зависимость выходного напряжения аналогового перемножителя Uвых = f(Uх) для случая Uу = +2В.

Как изменится вид зависимости Uвых = f(Uх), если напряжение на входе INPUT X станет равным -4В? Экспериментально проверьте ваше предположение.

7.1.2. Вызовите файл 7_2.ewb, в котором приведена схема перемножения постоянного и переменного аналоговых сигналов (рис. 7.2). Получите осциллограммы входных и выходных сигналов исследуемой схемы для напряжения на входе INPUT Y равного +1В и -1В.

Выполните спектральный анализ выходного сигнала исследуемой схемы для обоих случаев (UY = +1B и UY = = -1B). Сравните полученные амплитудные и фазовые спектры.

7
.

.1.3. Вызовите файл 7_3.ewb, в котором приведена схема, возводящая в квадрат входной аналоговый сигнал (рис. 7.3). Получите осциллограммы входного и выходного сигналов исследуемой схемы.

Выполните спектральный анализ входного и выходного сигналов исследуемой схемы. Сравните полученные амплитудные и фазовые спектры этих сигналов.

7.2. Получение и детектирование амплитудно-модулированных сигналов


7.2.1. Вызовите файл 7_4.ewb, в котором приведена схема амплитудного модулятора (рис. 7.4). Установите частоту несущего колебания на входе Input1 модулятора 100 кГц, амплитуду – 2В. Частоту модулирующего колебания на входе Input3 установите равной 10 кГц, его среднеквадратичное значение – 1 В. Выходное напряжение источника V1 установите равным амплитуде несущего колебания.

7.2.2. Получите осциллограммы модулирующего колебания и выходного сигнала модулятора. Определите коэффициент модуляции по формуле

где и - соответственно максимальное и минимальное значения амплитудно-модулированного колебания. Сравните его с расчетным значением, полученным по формуле , где - амплитуда модулирующего колебания, а - амплитуда несущего колебания.

7.2.3. Выполните спектральный анализ входных и выходного сигналов модулятора исследуемой схемы. Сравните полученные амплитудные спектры.

7
.2.4. Вызовите файл 7_5.ewb, в котором приведена схема амплитудного модулятора и синхронного детектора (рис. 7.5). Модулятор,

как и в предыдущем случае, выполнен на операционном усилителе DA1 и аналоговом перемножителе DA2. детектирование амплитудно-модулированного сигнала выполняет синхронный детектор. Он состоит из аналогового перемножителя DA3 и фильтра низкой частоты, состоящего из резистора R4, индуктивности L1 и конденсатора С1.

Установите частоту несущего колебания на входе Input1 модулятора 100 кГц, амплитуду – 2В. Частоту модулирующего колебания на входе Input3 установите равной 10 кГц, его среднеквадратичное значение – 1 В. Выходное напряжение источника V1 установите не меньше амплитуды модулирующего колебания.

7.2.5. Получите осциллограммы амплитудно-модулированного сигнала (Output1) и выходного сигнала синхронного детектора (Output3). Убедитесь в том, что на выходе синхронного детектора формируется восстановленный модулирующий сигнал.

7.2.6. Выполните спектральный анализ выходного сигнала модулятора, входного сигнала фильтра низкой частоты Input6 и выходного сигнала синхронного детектора. Сравните полученные амплитудные спектры, объясните полученные результаты.

7.2.7. В исследуемой схеме (рис. 7.5) замените источник модулирующих синусоидальных колебаний V2 источником, формирующим колебания прямоугольной формы. Установите частоту этих колебаний, равной 10кГц, амплитуду – 3В.

7.2.8. Повторите пункты 7.2.5 и 7.2.6, объясните полученные результаты.

7.3. Получение и детектирование колебаний с балансной амплитудной модуляцией


7.3.1. Вызовите файл 7_5.ewb, в котором приведена схема амплитудного модулятора и синхронного детектора (рис. 7.5). Отключите источник постоянного напряжения V1. Установите частоту несущего колебания на входе Input1 балансного амплитудного модулятора 100 кГц, амплитуду – 3В. Частоту модулирующего колебания на входе Input3 установите равной 10 кГц, его среднеквадратичное значение – 2 В.

7.3.2. Получите осциллограммы выходного сигнала балансного амплитудного модулятора и выходного сигнала синхронного детектора. Сравните осциллограмму амплитудно-модулированного колебания с осциллограммой колебания с балансной амплитудной модуляцией.

7.3.3. Выполните спектральный анализ выходного сигнала балансного амплитудного модулятора, входного сигнала фильтра низкой частоты Input6 и выходного сигнала синхронного детектора. Сравните полученные амплитудные спектры, объясните полученные результаты.

7.4. Преобразования частоты


7.4.1. Вызовите файл 7_6.ewb, в котором приведена схема преобразователя частоты (рис. 7.6). Преобразователь частоты реализован на аналоговом перемножителе DA1 и фильтре низкой частоты, представляющем собой RC-цепь интегрирующего типа (резистор R1 и конденсатор С1). На вход Input1 преобразователя подается амплитудно-модулированный сигнал, формируемый генератором амплитудно-модулированных колебаний. На вход Input2 преобразователя подается выходной сигнал гетеродина, в качестве которого используется генератор испытательных сигналов.

Установите напряжение колебаний несущей частоты генератора амплитудно-модулированных колебаний, равным 2В, частоту этих колебаний f = 350 кГц, коэффициент модуляции 0,5 и частоту модулирующего сигнала 10 кГц.

Установите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального напряжения с частотой 300 кГц и амплитудой 2В.

7.4.2. Получите осциллограммы выходного сигнала генератора амплитудно-модулированных колебаний, аналогового перемножителя и фильтра низкой частоты.

7.4.3. Выполните спектральный анализ выходных сигналов генератора амплитудно-модулированных колебаний, аналогового перемножителя и фильтра низкой частоты. Объясните с точки зрения амплитудных спектров этих сигналов их осциллограммы, полученные в п.7.4.2.

7.4.4. Отсоедините вход фильтра низкой частоты от выхода аналогового перемножителя и подключите его к выходу генератора испытательных сигналов. Получите его АЧХ, определите граничную частоту фильтра. Обратите внимание на недостаточно эффективную фильтрацию этим фильтром выходного сигнала аналогового перемножителя. Как проявляется это на работе преобразователя частоты.

7
Рис. 4.6. Преобразователь частоты с полосовым фильтром второго порядка.
.4.5. Вызовите файл 7_7.ewb, в котором приведена схема преобразователя частоты, в котором используется более эффективный полосовой фильтр (рис. 7.7). К


ак и в предыдущем варианте схемы, в качестве параметрического элемента преобразователя используется аналоговый перемножитель, на вход Input1 которого подается амплитудно-модулированный сигнал, формируемый генератором амплитудно-модулированных колебаний, а на вход Input2 – выходной сигнал гетеродина, в качестве которого используется генератор испытательных сигналов.

Полосовой фильтр второго порядка преобразователя частоты реализован на резисторах R1 = R2 = R, R3, R4 = (? – 1)R5, конденсаторах C1= C2 = C и операционном усилителе. Резонансная частота фильтра , добротность Q = 1/(3 –– ?), коэффициент усиления усилителя на резонансной частоте Кр = ?/(3 – ?).

Установите напряжение колебаний несущей частоты генератора амплитудно-модулированных колебаний равным 1В, частоту этих колебаний f = 350 кГц, коэффициент модуляции 0,5 и частоту модулирующего сигнала 10 кГц.

У
становите генератор испытательных сигналов в режим формирования синусоидального напряжения с частотой 300 кГц и амплитудой 1В.
7.4.6. Получите осциллограммы выходного сигнала генератора амплитудно-модулированных колебаний, аналогового перемножителя и фильтра низкой частоты.

7.4.7. Выполните спектральный анализ выходных сигналов генератора амплитудно-модулированных колебаний, аналогового перемножителя и фильтра низкой частоты.

7.4.8. Отсоедините вход фильтра низкой частоты от выхода аналогового перемножителя и подключите его к выходу генератора испытательных сигналов. Получите его АЧХ, определите резонансную частоту фильтра.

7.4.9. Сравните параметры исследованных преобразователей частоты.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации