Исследование характеристик усилителя радиосигнала
Цели работы:
1. Исследовать характеристики резонансного усилителя радиосигнала.
2. Приобретение практических навыков работы с интерактивным эмулятором радиосхем Multisim
Порядок выполнения работы
Для проведения исследования соберем схему, представленную на рисунке 1.
Рисунок 1 — Схема измерений
На рисунке 1 представлен каскад по схеме с общим эмиттером усилителя радиосигнала (УРС) радиоприёмного устройства. Амплитуду сигнала на генераторе установим 
. На его вход поступает сигнал с генератор сигналов (функциональный генератор XFG1). Нагрузку следующего за усилителем каскада имитирует резистор R н. Для исследования усилителя применяется двухканальный осциллограф.
Выполнение работы:
Задание 1. Определить резонансную частоту усилителя.
Произведем расчёт резонансной частоты по известным номиналам элементов колебательного контура по формуле:
куда вместо 
следует подставить 
, а вместо 
подставить эквивалентную ёмкость, равную ёмкости двух последовательно соединённых конденсаторов 
и 
.
Изменяя на генераторе в небольших пределах частоту сигнала (сначала на несколько кГц, а затем, вблизи максимума, при необходимости – на несколько десятых долей кГц), определим частоту, при которой напряжение на нагрузке максимальное.
Частота резонанса равна 
при амплитуде сигнала 
Незначительная разница в значениях рассчитанной и измеренной частот объясняется тем, что на контур влияет ёмкость транзистора, включенная параллельно контуру.
Задание 2. Проведем измерения и построим резонансную характеристику УРС при 
. Определим полосу пропускания (
) и резонансный коэффициент передачи (
) УРС.
Для построения резонансной характеристики занесем в таблицу 1 значения частот генератора, при которых напряжение на нагрузке (
) будет равно 
(максимальное, т.е. резонансное напряжение), 
. Затем рассчитаем значение расстройки по формуле
Таблица 1 – Измерения данных
| U н, В | 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 |
| U н, В | 0,374 | 1,87 | 2,618 | 3,740 | 2,618 | 1,87 | 0,374 |
| f, кГц | 788,5 | 872,2 | 880,1 | 891,6 | 904,5 | 913,4 | |
| ∆ f, кГц | 103,1 | 19,4 | 11,5 | 12,9 | 21,8 | 133,4 |
По полученным данным построим резонансную характеристику УРС U н(∆ f) изображенную на рисунке 2.
Рисунок 2 — Зависимость U н(∆ f)
Определим полосу пропускания
Определим резонансный коэффициент передачи УРС, используя табличные данные
где U 0 – напряжение на нагрузке (выходе УРС) при резонансе,
U г – напряжение на выходе генератора.
Выполним те же действия при помощи программы 
. Проведем измерения и построим резонансную характеристику УРС при . Определим полосу пропускания () и резонансный коэффициент передачи () УРС.
Рисунок 3 Схема измерений
Таблица 2
| 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 | |
| U н, В | 0,492 | 2,46 | 3,444 | 4,92 | 3,444 | 2,46 | 0,492 |
| f, кГц | 825,5 | 885,9 | 890,5 | 901,56 | |||
| ∆ f, кГц | 76,06 | 15,66 | 11,06 | 11,44 | 16,44 | 88,44 |
По полученным данным построим резонансную характеристику УРС U н(∆ f) изображенную на рисунке 4.
Рисунок 4 — Зависимость U н(∆ f)
Определим полосу пропускания
Определим резонансный коэффициент передачи УРС, используя табличные данные
Задание 3. Рассчитаем добротность (Q) УРС.
Для расчёта добротности следует воспользоваться формулой
Задание 4. Измерим селективность (σ) УРС по соседнему каналу.
Для измерения селективности (избирательности) по соседнему каналу необходимо провести измерения напряжения при расстройке 
относительно резонансной частоты.
Значение селективности рассчитываем по формуле:
Таблица 3
| 
| |
| 
| 
|
| 
| 
|
Задание 5. Измерение селективности (σ) УРС по зеркальному каналу.
Для измерения селективности (избирательности) по зеркальному каналу будем исходить из предположения, что промежуточная частота 
. Следовательно, для измерения избирательности по зеркальному каналу необходимо провести измерения напряжения при расстройке 
относительно резонансной частоты УРС.
Задание 6. Проведем исследование изменения резонансного коэффициента передачи (К 0), добротности (Q) и селективности (σ) при изменении сопротивления нагрузки следующего за входной цепью каскада, имитируемой резистором R н.
Установим 
. Проведем измерения и расчёты, аналогичные выполненным в заданиях 2 – 4.
Проведем измерения и построим резонансную характеристику УРС при 
. Определим полосу пропускания () и резонансный коэффициент передачи () УРС.
Для построения резонансной характеристики занесем в таблицу 4 значения частот генератора, при которых напряжение на нагрузке () будет равно (максимальное, т.е. резонансное напряжение), . Затем рассчитаем значение расстройки по формуле
Таблица 4
| 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 | |
| U н, В | 0,257 | 1,286 | 1,799 | 2,571 | 1,799 | 1,286 | 0,257 |
| f, кГц | 863,6 | 874,9 | 891,6 | 910,2 | 923,1 | ||
| ∆ f, кГц | 143,6 | 16,7 | 18,6 | 31,5 | 204,4 |
По полученным данным построим резонансную характеристику УРС U н(∆ f) изображенную на рисунке 5.
Рисунок 5 — Зависимость U н(∆ f)
Определим полосу пропускания
Определим резонансный коэффициент передачи УРС, используя табличные данные
Рассчитаем добротность (Q) УРС.
Для расчёта добротности следует воспользоваться формулой
Измерим селективность (σ) УРС по соседнему каналу.
Для измерения селективности (избирательности) по соседнему каналу необходимо провести измерения напряжения при расстройке относительно резонансной частоты.
Значение селективности рассчитываем по формуле:
Таблица 5
|
|
| |
|
| 
| 
|
|
| 
| 
|
Установим 
. Проведите измерения и расчёты, аналогичные выполненным в заданиях 2 – 4.
Проведем измерения и построим резонансную характеристику УРС при 
. Определим полосу пропускания () и резонансный коэффициент передачи () УРС.
Таблица 6
| 0,1 U 0 | 0,5 U 0 | 0,7 U 0 | U 0 | 0,7 U 0 | 0,5 U 0 | 0,1 U 0 | |
| U н, В | 0,06 | 0,301 | 0,421 | 0,6017 | 0,421 | 0,301 | 0,06 |
| f, кГц | 773,5 | 883,3 | 962,5 | 1025,5 | |||
| ∆ f, кГц | 383,3 | 109,8 | 68,3 | 79,2 | 142,2 | 1051,7 |
По полученным данным построим резонансную характеристику УРС U н(∆ f) изображенную на рисунке 6.
Рисунок 6 — Зависимость U н(∆ f)
Определим полосу пропускания
Определим резонансный коэффициент передачи УРС, используя табличные данные
Рассчитаем добротность (Q) УРС.
Для расчёта добротности следует воспользоваться формулой
Измерим селективность (σ) УРС по соседнему каналу.
Для измерения селективности (избирательности) по соседнему каналу необходимо провести измерения напряжения при расстройке относительно резонансной частоты.
Значение селективности рассчитываем по формуле:
Таблица 7
| 
| |
|
| 
| 
|
|
| 
| 
|
По полученным данным построим графики К0 (Rн) (рисунок 7), Q(Rн) (рисунок 8) и σ(Rн) (рисунок 9).
Рисунок 7 — График зависимости К0 (Rн)
Рисунок 8 — График зависимости Q (Rн)
Рисунок 9— График зависимости Se (Rн)
Задание 7. Проведем исследование изменения резонансного коэффициента передачи (К 0) при изменении величины конденсатора 
.
Изменяя величину , определим по приведенной выше методике К 0.
Полученные значения занесем в таблицу 8.
Таблица 8
| C 3, мкФ | 0,1 | 0,01 | 0,001 | ||||
| К 0, раз | 279,1 | 96,3 | 57,8 |
По полученным данным построим график К 0(C3) (рисунок 10).
Рисунок 10 График зависимости К 0(C3)
Вывод:
В ходе лабораторной работы были проведены моделирования УРС, при которых изменялось сопротивление нагрузки и емкость. В результате можем сделать пояснение:
· При увеличении 
увеличивается резонансный коэффициент передачи по напряжению 
;
· При увеличении увеличивается добротность 
УРС;
· При увеличении увеличивается избирательность УРС 
;
· Также стоит отметить, что только при определённом значении развязывающего конденсатора , в цепи ООС, достигается максимум коэффициента усиления. Это связано с действием ООС по переменному току, обусловленным падением напряжения сигнала на резисторе в цепи эмиттера.