Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Теоретические сведения






Цель работы

1.1 Изучение процесса умножения частоты в заданное число раз, исследование электрической схемы умножителя частоты.

1.2 Получение практических навыков исследовательской работы с комплексом контрольно-измерительного лабораторного оборудования.

Домашнее задание

Изучите:

2.1 Принцип умножения частоты (Л стр. 243-244, Л3 стр. 86-87)

2.2 Методы анализа нелинейных цепей. Преобразование сигналов при прохождении через нелинейные цепи (Л1 стр.231-243)

2.3 Методическое пособие данной работы.

2.4 Подготовьте бланк отчета.

Содержание отчета

Отчет должен содержать титульный лист установленной формы, цель ра­боты, рис. 5.2, 5.3, 5.4, таблица 6.1, вывод по работе.

Вопросы допуска к выполнению работы

4.1 Объясните принцип умножения частоты.

4.2 Для чего осуществляют умножение частоты?

4.3 Какие контрольно-измерительные приборы используются в данной работе? Дайте краткую характеристику каждому прибору.

Теоретические сведения

5.1 Принцип умножения частоты

Он состоит в получении из гармонического колебания с частотой ω 0 другого гармонического колебания, с частотой n·ω о, где n – целое положительное число, т.е. если

S1(t) = Uвх cos (ω 0t + φ), то S2(t) = Uвых cos (nω 0t +φ), временное и спектральное изображение представлено на рис.5.1, при n=2.

Рис.5.1 К пояснению процесса умножения

Умножение частоты используется в различной аппаратуре и, в частности, в радиопередающих устройствах.

5.2 Электрическая схема умножителя частоты

Для умножения частоты используют устройство, называемое умножителем частоты, на выходе которого получаются колебания с частотой, в целое число раз большей частоты входного сигнала. На рис. 5.2 представлена электрическая схема умножителя частоты.

В качестве нелинейного элемента в схеме используют биполярный транзистор VT, у которого нелинейной является характеристика ik = f (uбэ), т.е. ток коллектора зависит от напряжения между базой и эмиттером uбэ. Гармоническое колебание u (t) c частотой ω, на которую настроен входной колебательный контур L1C1, приложено к переходу база –эмиттер и управляет током коллектора в выходной цепи. Источник напряжения смещения U0 обеспечивает требуемое положение рабочей точки на характеристике ik = f (uбэ).

 

Рис. 5.2 Упрощенная электрическая схема умножителя частоты

Контур L2C2 в выходной цепи настроен на частоту нужной гармоники nω тока коллектора ik(t). Если добротность контура достаточно велика, то напряжение uвых (t) пропорционально току этой гармоники и является гармоническим колебанием с частотой nω. Остальные гармоники тока коллектора отфильтровываются, т.к. сопротивление контура на их частотах практически равно нулю.

Обратим внимание на то, что с увеличением коэффициента кратности n максимальная амплитуда n-ой гармоники тока уменьшается. Поэтому схема (рис.5.2) используется для умножения частоты в 2, 3, 4 раза. Для получения больших значений коэффициента кратности n такие схемы включают друг за другом последовательно. Например, для достижения n=12 ставят два каскада: один с коэффициентом кратности n1 = 4 и второй с коэффициентом кратности n2 = 3 или три каскада с n1 = 2 n2 = 2 n3 = 3.

Умножение частоты – это задача, в результате решения которой должна быть найдена характеристика нелинейного элемента, осуществляющего умножение частоты в заданное число раз. На практике при больших уровнях входных сигналов ВАХ несимметричного нелинейного элемента целесообразно представить в виде кусочно-ломаной прямой (метод линеаризации), состоящей из двух отрезков прямых линий как показано на рис.5.3, то ток в нелинейной цепи существует только в течение некоторой части периода входного напряжения. Эта часть периода определяется соотношением между амплитудой входного сигнала Um и напряжением U0.

 

Рис.5.3. Форма тока в цепи, содержащей нелинейный элемент, полученная путем аппроксимации ВАХ кусочно-ломаной прямой

В этом случае говорят, что устройство работает в режиме отсечки, а напряжение U0 называют напряжением отсечки. Т.к. весь период гармонического колебания соответствует повороту характеризующего его вектора на 360о, то часть периода, в течение которого в цепи течет ток, также можно характеризовать угловой мерой, но меньшей 360о.Такой мерой является угол отсечки θ, который определяется из соотношения Umcos θ = U0, т.е. θ = arсcos(U0/Um). Физический смысл угла отсечки иллюстрирует рис. 5.3. Если U0 = 0, то θ = 90о и выходной ток существует в течение полупериода. С увеличением U0 до Um угол отсечки уменьшается от 90о до 0о и, следовательно, время протекания тока сокращается. При этом меняются форма импульса тока и амплитуда гармоник, составляющих этот импульс. Таким образом, при гармоническом воздействии ток i(t) имеет импульсный характер, остальная часть гармонического колебания как бы отсекается, поэтому такой режим работы нелинейного элемента называется режимом с отсечкой, а параметр θ углом отсечки.

Для характеристики изменений амплитуд гармоник при изменении угла отсечки от 0о до 180о советским ученым в области радиотехники, академиком А.И. Бергом были введены коэффициенты пропорциональности между амплитудами гармоник Imk и амплитудой усеченного синусоидального импульса Im, названные впоследствии коэффициентами Берга или коэффициентами постоянной составляющей первой, второй и прочих гармоник. Коэффициенты гармоник представляют нормированные амплитуды спектральных составляющих тока и определяют влияние угла отсечки на амплитуду соответствующей гармоники: α 0 (θ) = I0 /Imax; α 1 (θ) = I1 /Imax; α n (θ) = In /Imax;

Значения коэффициентов Берга можно найти из специальных таблиц или графиков (рис.5.4).

Рис.5.4. Графики некоторых коэффициентов Берга

При использовании этих графиков амплитуда n-й гармоники тока определяется как

In = α n(θ)Imax. Из графиков следует, что при неизменном Imax максимальная амплитуда какой либо гармоники достигается при некотором оптимальном угле θ опт = 120о /n.

Если θ = 0, то нелинейный элемент закрыт на протяжении всего периода Т действия гармонического напряжения u(t), поэтому i(t) = 0.

Если θ = 180о, то отсечка отсутствует и форма тока практически совпадает с с формой напряжения. В результате ток i(t) содержит постоянную составляющую I0 и первую гармонику. Амплитуды всех остальных гармоник равны нулю. Графики на рис.5.4 позволяют выбирать оптимальное значение угла отсечки θ для получения наибольшей амплитуды нужной гармоники тока. Так при удвоении частоты θ = 60о, а при утроении θ = 40о






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.