41640

Исследование преобразования формы и спектра сигналов безинерционным нелинейным элементом

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Снимать и построить график ВАХ нелинейного элемента.3 – Вольтамперная стокзатворная характеристика полевого транзистора Аппроксимация ВАХ. На построенной вольтамперной характеристике ВАХ рис.326u2 Кусочнолинейная аппроксимация ВАХ находим коэффициенты аппроксимации S и UOT По графику BX мы получим Uот = 2.

Русский

2013-10-24

92.69 KB

28 чел.

Лабораторная работа №1

Исследование преобразования формы и спектра сигналов безинерционным нелинейным элементом

Цель работы:         

  

Изучение формы и спектра сигналов на выходе резистивной цепи, содержащей безинерционный нелинейный элемент (НЭ) при моно- и бигармоническом воздействии.

Схема работы и измерительная аппаратура

В  данной работе используется универсальный лабораторный стенд со сменным блоком НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ. Принципиальная схема исследуемой цепи (рис. 1.1) содержит резистивный усилительный каскад на полевом транзисторе.

Рисунок 1.1 – Схема исследуемой цепи

Источниками входных сигналов служат внутренние генераторы, гнезда и регуляторы выходного напряжения которых расположены в левой части стенда (в блоке  ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ).  Там  же находится  встроенный звуковой генератор типа Г3-111. Входные сигналы, подаваемые на любые из трех входов макета (зажимы 13), а также напряжение смещения Uo, через сумматор (обозначенный через ) подаются на затвор полевого транзистора (зажим 4). Сумматор выполнен на операционном усилителе; его коэффициент передачи по каждому входу равен единице. Схема сумматора исключает взаимное влияние между входами 1, 2 и 3, что позволяет измерять напряжения каждого источника, непосредственно на входе сумматора,  не отключая остальные  источники. Выходом макета является гнездо 5 в цепи стока. Напряжение смещения устанавливается  движковым потенциометром в правой части стенда CМЕЩЕНИЕ и контролируется вольтметром, расположенным выше. Для измерения постоянной составляющей тока стока (iС) там же расположен микроамперметр. Для включения прибора в цепь стока следует нажать кнопку "iС" в середине сменного блока.

В работе используются также встроенный вольтметр переменного напряжения типа В7-38, двухлучевой осциллограф.

рисунке 1.2 приведена схема цепи для исследования в системе Electronics Workbench.

  1.  Снимать и построить график ВАХ нелинейного элемента.

Таблица №1: Вольтамперная характеристика

UЗИ, В

0

-0,5

-1

-1,5

-2

-2,5

-3

-3,5

-4

IC, мА

6,155

4,809

3,591

2,53

1,64

0,93

0,42

0,11

0

Рисунок 1.3 – Вольтамперная (сток-затворная) характеристика полевого транзистора

  1.  Аппроксимация ВАХ.

На построенной вольтамперной характеристике (ВАХ), рис.1.3, следует определить границы  квадратичного участка в пределах (U пор  Uзи   0) и аппроксимировать его зависимостью вида:  

 

Нахождение коэффициентов методом интерполяции.

i(0) =  a0 =6.155

i(-1) = a0 +(-1)a1 + (-1)2a2 = 3.591

i(-3) = a0 + (-3)a1 + (-3)2a2 = 0.42

a0 =6.155

a1 = 2.89

a2 = 0.326

Аппроксимирующая функция     i = 6.155 + 2.89u + 0.326u2

  1.  Кусочно-линейная аппроксимация ВАХ

находим коэффициенты  аппроксимации S и UOT      

По графику BAX мы получим Uот = -2.4 В

  1.  Исследование преобразования моногармонического сигнала:

                                        uЗИ = U0 +  Umcos2f1t,

где  f1=1 кГц.

Преобразование моногармонического сигнала  на квадратичном участке ВАХ.

Положение рабочей точки выбирается на середине квадратичного участка ВАХ,

т.е. U0 = Uпор/2,

где  U пор–пороговое напряжение триода (рис. 1.4). Установить полученное значение U0 потенциометром “Смещение” и занести его в таблицу 1.2 .

Таблица 1.2 - Спектр тока стока

Параметр

U0=4 В; f1 =1кГц;  Um =2 В;

Частота

0

f1

2 f1

3 f1

4 f1

Амплитуда

0

0.44

0.4

0.48

0.52

Амплитуда входного сигнала Um должна быть такой, чтобы сигнал занимал весь квадратичный участок ВАХ (от нуля до отсечки),

т.е. Um =  Uпор/2  (см. рис.1.4).

Рисунок 1.4 – Выбор рабочего участка ВАХ согласно пункту 4.

Ввиду того, что измерительные приборы имеют градуировку в действующих (U), а не амплитудных (Um) значениях,  следует установить на входе макета (гнезда 1, 2 или 3) такое напряжение от источника "1 кГц" (левое верхнее гнездо стенда), чтобы подключенный ко входу вольтметр показывал  U= Um /2.

Рисунок 1.5 Преобразование моногармонического сигнала  на квадратичном участке ВАХ.

  1.  Исследование  преобразования бигармонического сигнала uЗИ = Uо + U1mcos2f1t+ U2mcos2f2t.В качестве второго гармонического сигнала с частотой f2=1,2кГц используется звуковой генератор Г3-111 в блоке «ИСТОЧНИКИ». На один из входов сумматора подать прежний сигнал f1 = 1 кГц, на любой другой - f2 = 1,2 кГц. Заполнить таблицу 1.3.

Преобразование на квадратичном участке ВАХ. На построенной вольтамперной характеристике (ВАХ) определить границы  квадратичного участка (U пор  Uзи 0) и аппроксимировать его зависимостью вида:   i = a (u-Uпор)2,  

Установить смещение Uо = Uпор/2 (рабочая точка на середине квадратичного участка ВАХ). Установить одинаковые амплитуды сигналов от разных источников на обоих входах сумматора U1m=U2m= Uпор /4, при этом суммарный сигнал ("биения") не выйдет за пределы квадратичного участка.

Рассчитать спектр тока. Результаты расчета внести в табл.1.3.

Таблица 1.4.  Спектр тока стока при бигармоническом сигнале

Таблица 1.3.  Спектр тока стока при бигармоническом сигнале

Параметр

U0= 4 В; f1 = 1кГц;  Um1= 1.2 В; f2 =1,2 кГц;  Um2 = 1.2 В

Частота

0

f1

f2

2 f1

2 f2

f1 – f2

f1+ f2

Амплитуда

0

0.8

0.82

0.9

0.91

0.4

0.54

Рисунок 1.6 преобразования бигармонического сигнала

Вывод :

Мы познакомились с  простейшей цепью, содержащей нелинейный безинерционный элемент. Провели квадратичную и кусочно-линейную аппроксимации ВАХ нелинейного элемента и рассчитали спектр тока при моногармоническом воздействии. Результаты расчетов сильно зависят от вида аппроксимации.

Выход второй гармоники тока, т.е. передаточная крутизна S=∆i/∆u

, в случае кусочно-линейной аппроксимации ВАХ получился значительно выше, чем при квадратичной.

Таким образом выполнили следующие поставленные задачи:

- снятие вольтамперной характеристики (ВАХ) нелинейного элемента,

-аппроксимация ВАХ с помощью  полиномиальной и кусочно-линейной функции,

-графоаналитический расчет реакции НЭ при моногармоническом воздействии,

- графоаналитический расчет реакции НЭ при бигармоническом воздействии,

Литература

  1.  Теория электрической связи. Методические указания студентам по выполнению лабораторных работ (часть первая): / АГТУ; Составители:  Зелинский М.М., Семейкин В.Д. -Астрахань, 2009. – 90 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

28014. Антропогенные изменения почв и их экологические последствия. Гумусовые соединения почв как элемент почвенно-экологического мониторинга 3.46 KB
  Гумусовые соединения почв как элемент почвенноэкологического мониторинга. Будучи важнейшей жизнеобеспечивающей сферой почва испытывает различличные воздействия обусловленные многообразной производственной деятельностью человека. Ухудшение состояния земельных ресурсов и снижение плодородия почв создают угрозу для средств существования людей и продовольственной безопасности в будущем.