АМ-колебаний

Цель работы:

1. Изучить методы измерений АЧХ избирательных систем резонансных усилителей.

2. Уметь пользоваться сложной контрольно-измерительной аппаратурой, оценивать по АЧХ параметры и форму АЧХ избирательных систем усилителей.

Краткие теоретические сведения.

1. Основная задача резонансных усилителей (УСЧ и УШ) радиоприёмника заключается, как известно, в выделении сигналов заданной частоты и подавления сигналов всех других частот. Это особенность резонансных усилителей оценивается их селективностью (избирательностью). Второй важный параметр работы резонансных усилителей – полоса пропускания. Т.е. усилитель должен усиливать не только колебания резонансной частоты, но и целый спектр колебаний в пределах определённой полосы частот.

Т.о., например, УТТЧ АМ-сигналов должен обеспечить подавление сигналов на частотах, отличающихся от промежуточной частоты, равной 465 кГц, на Д1*± 10 кГц, т.е. УПЧ должен обеспечить селективность по соседнему каналу S_е._с._к.

С другой стороны, УПЧ должен усилить и пропустить не только сигнал на частоте ^ = 465 кГц, но и целый " набор" колебаний других частот, обеспечивающих спектр АМ-колебаний.

Следовательно, в идеале АЧХ избирательной системы УПЧ должна напоминать по форме букву «П».

На практике форма АЧХ, например для одноконтурного резонансного усилителя, имеет следующий вид:

Для оценки формы АЧХ избирательной системы существует понятие прямоугольности: характеристики к полосе пропускания, взятой на уровне 0, 7 Коэффициент прямоугольности показывает, во сколько раз полоса пропускания на уровне 0, 1 шире полезной полосы пропускания на уровне 0, 7. Т.о. коэффициент прямоугольности реальной АЧХ далёк от 1, т.е. полоса пропускания на уровне 0, 7 много уже полосы пропускания на уровне 0, 1.

В УПЧ, которые должны обладать высокой селективностью относительно сигналов соседнего канала, приходится применять высокоизбирательные полосовые фильтры, состоящие из системы связанных между собой контуров.

Форма АЧХ зависит от степени связи между контурами. При слабой связи (кривые 1, 2) она напоминает АЧХ одиночного контура. При критической связи (кривая 3) АЧХ такая же, как у одиночного контура, но её скаты значительно круче. При большей связи между контурами скаты характеристики ещё круче (кривая 4), но на вершине появляется провал. Это, может быть, наилучшая форма АЧХ, при условии, что провякне превышает 0, 7.

В целях обеспечения необходимой селективности и требуемой полосы пропускания в УПЧ приемников АМ-сигналов применяют сложные многоконтурные избирательные системы - фильтры сосредоточенной селекции (ФСС), состоящие из трех-пяти и больше контуров (см., например макет стенда ЛСПРУТ " Усилитель ПЧ АМ-сигналов на ФСС»).

В современных РПУ, как правило, хорошей селективности добиваются с помощью применения в качестве избирательной системы УПЧ пьезокерамических и кварцевых фильтров, электромеханических фильтров и фильтров на ПАВ, имеющих фиксированные АЧХ (с избирательностью не менее 40 дб. (на краях полосы пропускания не более 3...8 дб) при расстройке 10... 12 кГц.

В современных ГСС уровень выходного сигнала автоматически поддерживается на одном уровне при перестройке частоты генератора по диапазону (например, ГСС типа ГЧ-18),

Измерение АЧХ заключается в перестройке ГСС последовательно с одной частоты на другую по диапазону, в пределах которого надо измерить АЧХ, причем на каждой частоте производится поддержание выходного напряжения ГСС и измерение электронным вольтметром напряжения на выходе усилителя. Такой способ измерения занимает значительное время и не даёт наглядности АЧХ до её построения по точкам.

Наиболее удобный способ регулировки и контроля АЧХ обеспечи­вается с помощью измерителей АЧХ, позволяющих непрерывно в продол­жение всего процесса настройки видеть на экране форму АЧХ, что существенно облегчает и ускоряет процесс настройки. Такие приборы объединяют в себе специальный осциллографический блок, генератор и устройство для частотной маркировки осциллограммы.

Прибор Х1-40, который используется в настоящей лабораторной работе, имеет целевое назначение для наблюдения формы АЧХ избира­тельных систем УПЧ приемников АМ-сигналов и измерения их параметров.

Порядок выполнения работы.

1. Изучить следующие разделы технического описания и инструкции по эксплуатации прибора Х1-40: 1, 2, 7, 8, 9 (пункты 9.1, 9.2, 9.3).Перед включением прибора в схему измерений необходимо ответить на вопросы лаборанта или преподавателя по назначению органов управления на передней панели прибора.

2. Настройка УПЧ имеет целью создание определенной формы его АЧХ, получение заданной селективности и полосы пропускания. Фильтры с фиксированной АЧХ в настройке не нуждаются, поэтому в усилителях с такими фильтрами надо лишь добиться правильного согласования фильтра с активными элементами (транзисторами или ИС) и настроить одиночные контуры в каскадах УПЧ на номинальное значение промежуточной частоты {" „р, обеспечив полосу пропускания этих контуров в 2, 5...3, 5 раза шире полосы пропускания фильтра, выбранного в качестве избирательной системы.

Настройку контуров производят в два этапа. Сначала при помощи генератора Б.Ч. и электронного вольтметра предварительно настраивают контуры на номинальную промежуточную частоту, затем изменяют АЧХ усилителя и, анализирую ее, производят окончательную подстройку контуров для получения нужной формы АЧХ и требуемой полосы пропускания.

АЧХ можно построить с помощью генератора Б.Ч. и электронного вольтметра, либо наблюдать на экране измерителя амплитудно-частотных характеристик.

Генераторы высокой частоты должны обладать точной частотной шкалой, позволяющей устанавливать и отсчитывать по ней частоту с точностью не хуже 1%, контролировать по вольтметру, встроенного в него, амплитуду выходного напряжения, и иметь специальное делительное устройство, с помощью которого выходное напряжение можно регулировать от, например, 1 мкВ до 16 и устанавливать заданное значение выходного сигнала с высокой точностью, такие генераторы называют генераторами стандартных сигналов (ГСС).

ГСС обязательно имеют устройство для модуляции его Б.Ч. колебаний колебаниями высокой частоты (обычно 400 или 1000 Гц).

Рисунок 2.1 Структурная схема макета

3. Выполнить подготовительные работы:

3.1. Выключатели 81 и 83 на макете установить в положение «Выкл.» переключатель 82 - «вверх» - на подключение к первому каскаду УНЧ на транзисторе УЛ.

3.2. Установить переключатель «Вых. Сопр.» на приборе XI-40 в положение 150.

3.3. Установить на гнезде «Входы» переключатель в положение ~.

3.4. Переключатель «Ослабление с! В» на максимальное ослабление выходного сигнала.

3.5. Переключатель «Усил. У» установить в положение 1: 3.

3.6. После осмотра скоммутированной схемы лаборантом падать напряжение ~ 220 В от сети на измерительные приборы, на стенд и макет стенда.

4. Установить переключатель «диапазоны» в положение 2, переключатель «полоса» - в положение «широкая». Установить с помощью ручки «Частота», ручки «Полоса», аттенюатора «Ослабление ёВ» центральную частоту около 465 кГц, полосу качения частоты порядка 20...25 кГц и выходное напряжение.

5. С помощью ручек управления прибора Х1-40, Ф, @>, I, < ->, а также ручки «Усил. У» установить удобное для наблюдения изображение на экране осциллографа. Переключатель «Лин. - Лог. - Калибр. Лог» установить предварительно в положение «Лин.». При необходимости проверить работу приборов XI-40 по п.84 «Описания».

6. При выполнении работы точное значение резонансной частоты полосового фильтра Г_рез может не совпасть с частотой Г_пр = 465 кГц для АМ - сигналов. Точное значение центральной частоты качения, которая должна быть равна Г_рез Должно быть измерено с помощью частотомера 43-63.Амплитуда выходного сигнала УПЧ при различных значениях индуктивной связи между контурами полосового фильтра должна контролироваться с помощью вольтметра ВЗ-56.

7. Установить связь между контурами такой, при которой форма АЧХ не отличается от формы АЧХ одиночного контура (кривая 2, рис. № 2). Зарисовать полученные на осциллографе изображения в масштабе сетки с простановкой частотных меток. Определить по вольтметру выходное напряжение усилителя на резонансной частоте Uвых.

8. Повторить выполнение пункта 7 для связей, соответствующих кривым 3 и 4 рис. № 2.При этом ручка и переключатели «Усил. V», «Ослабление с! В», «Уровень с1В», если позволяет уровень выходного сигнала УПЧ при перестройке связи его контуров, оставить в том же положении.

9. Оценить селективность УПЧ при критической связи контуров, для чего установить полосу качения порядка 6... 10 кГц на центральной частоте, отличной от резонансной частоты контуров на ± 10 кГц. Записать показание вольтметра U2вых=…. Оценку произвести по соотношению U1вых/U2вых.

Примечание:

1. При измерении резонансной частоты переключить выход XI-40 на частотомер, отключив его от макета.

2. При измерении уровня выходного сигнала переключить выход макета на вольтметр, отключив его от входа XI-40.

Содержание отчета

1. Схема электрическая принципиальная макета усилителя ПЧ АМ-сигналов со связанными контурами.

2. Структурная схема измерений рис.2.1.

3. Состав контрольно-измерительных приборов.

После выполнения лабораторной работы студент должен:

1. Знать методы измерений АЧХ избирательных систем резонансных усилителей.

2. Уметь пользоваться сложной контрольно-измерительной аппаратурой, оценивать по АЧХ параметры и форму АЧХ избирательных систем усилителей.