Петушок Илья ОРЭ 13 вар, 6-ой сем
.docxМинистерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Факультет радиотехники и электроники
Кафедра электроники
Дисциплина: Основы Радиоэлектроники
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №2
Студент: гр. 990241 Петушок И.М.
Руководитель: преподаватель
Мельников В. А.
Минск
2022
Оглавление
Задача 2. 6
Литература 19
Задача 1,а. На вход резонансного усилителя подается АМ-колебание вида При этом частота несущего колебания fн совпадает с резонансной частотой контура fk.
Определить необходимую полосу пропускания контура, его добротность и сопротивление потерь в контуре, при которых АМ-колебание будет проходить через усилитель без искажений.
Рассчитать и построить спектр АМ-колебания на выходе усилителя.
Исходные данные:
Um=3 B; fк=400 кГц; FM=12 кГц; m=70%; L=800 мкГн; С=- пФ; k=-0.02;
Как изменится спектр сигнала на выходе усилителя, если абсолютная расстройка ? Построить (качественно) спектр выходного сигнала и его векторную диаграмму для указанной в задании расстройки.
Решение:
Из условия, что резонансная частота контура определяется значением fн определяем необходимую емкость контура:
Определяем ширину спектра сигнала:
Определяем добротность контура:
Определяем сопротивление потерь в контуре:
Рассчитываем и строим спектр и векторную диаграмму выходного сигнала:
Несущая амплитуда:
Боковые амплитуды:
Рис. 1.1. Спектр AМ сигнала
Рис 1.2. Векторная диаграмма АМ сигнала
Рассмотрим изменение сигнала при заданной расстройке Δ=8 кГц
Рассчитываем величину относительной расстройки:
Тогда, при заданной расстройке величина выходного сигнала на резонансной частоте:
Для этого значения строим спектр AМ сигнала.
Рис 1.3. Спектр AМ сигнала при расстройке
Рис 1.4. Векторная диаграмма АМ сигнала при заданной расстройке
Задача 2.
Автогенератор с контуром в цепи коллектора и индуктивной связью генерирует колебания с частотой f0 = 1 МГц. Добротность контура Q = 50, взаимная индуктивность М = 5 мкГн.
Характеристика транзистора аппроксимируется полиномом третьей степени . Выбрать величину смещения на базе транзистора для мягкого и жесткого режимов работы автогенератора и оценить амплитуды стационарных колебаний для этих режимов.
Решение:
Воспользуемся тригонометрическими формулами:
Путем подстановки этих выражений в исходную характеристику транзистора, получаем выражение тока с разложением на гармонические составляющие:
В соответствии с условием задачи,
Соответственно, средняя крутизна вольт амперной характеристики транзистора определяется выражением:
По заданным параметрам определяем числовое значение средней крутизны:
По заданному выражению i(U) и полученному S(U) строим соответствующие графики.
Рис 2.1. Характеристики i(U); S(U)
По построенной характеристике S(U) делаем вывод, что автогенератор работает в жестком режиме. При этом, уравнение SСР= S(U) имеет два решения. Т.к более устойчивым является большее значение UmБЭ , то по графику находим соответствующее решение для найденного SСР=0.6 мА/В. UmБЭ =3.5 В – величина смещения на базе транзистора.
Задаем значение индуктивности таким образом, чтобы значение коэффициента обратной связи
Рис. 2.2. Представление схемы генератора с контуром в цепи коллектора в виде обобщенной схемы
Соответственно, величина амплитуды напряжения на коллекторе
Задача 3. Начертить спроектированную на транзисторах КТ315Б схему симметричного мультивибратора, произвести расчет всех элементов схемы, определить амплитуду и время нарастания выходного напряжения, построить в масштабе временные диаграммы, иллюстрирующие работу рассчитанного устройства, если напряжение источника питания в каждом варианте ЕК=10 В. Для ждущего режима определить параметры запускающего импульса. Исходные данные:
Режим работу – Ждущий режим
Частота запуска fЗАП.=0.7 кГц; длительность импульса τ=2 мс.
Рис. 3.1. Схема ждущего мультивибратора
1. Выписываем справочные параметры транзистора КТ315Б.
- граничная частота транзистора в схеме с общей базой.
- максимальное допустимое напряжение между базой и коллектором
- минимальное значение коэффициента усиления по току.
- импульсный ток коллектора.
2. Рассчитаем сопротивление резистора в цепи коллектора транзистора VT2.
Где Iк2.нас – ток насыщения коллектора транзистора VT2 при указанной в исходных данных температуре окружающей среды
Iк.нас ≤ Iки
Принимаем, что температура окружающей среды равна 20оС
Тогда: Iк.нас = Iки=100 мА.
Кзап - коэффициент запаса. Обычно, в целях экономичности работы схемы принимают Кзап = 6 - 8.
Амплитуда выходного напряжения:
Принимаем
Принимаем
3. Рассчитаем сопротивление резистора Rэ .
Rэ = U1 ∙Rк2 ∙h21э / (h21э + Кнас)( Uип - U1 )
Где U1 - падение напряжения на резисторе Rэ в режиме ожидания. Обычно выбирают U1 = (0.2 ..0.3) ∙Uип=(0.2 ..0.3) ∙10=2.5 B
Кнас - коэффициент насыщения транзистора в схеме ждущего мультивибратора. Для ждущего мультивибратора рекомендуется выбирать Кнас в пределах 1.2 – 1.4
4. Рассчитаем сопротивление резистора коллекторной цепи транзистора VT1. Rк1 = (2 ..3)∙Rк2 =(2 ..3)∙620=(1240..1860)=1500 Ом.
5. Рассчитаем сопротивления резисторов входного делителя.
R1 = h21э ∙(Rк1 - Rк2) / Кнас=30∙(1500-620)/1.3=20307 Ом=20 кОм.
R2 = h21э ∙R1 ∙Rэ / (h21э ∙Rк1 - Кнас ∙R1)=30∙20∙103∙200/(30∙1500-1.3∙20∙103)=
=6315 Ом=6.2 кОм
6. Рассчитаем сопротивление резистора и емкость конденсатора времязадающей цепи.
R = h21э ∙ Rк2 / Кнас=30∙620/1.3=14307 Ом=15 кОм
C = tи / 0.7∙R=2∙10-3/0.7∙15∙103=1,9∙10-7 Ф=0.2 мкФ.
7. Проверим длительности tф и tс.
τα = 0.16/ fh21б=0.16/250∙106=6.4∙10-10 c
tф = tс = 3∙τα =3∙ 6.4∙10-10=6.4∙10-10=19.2∙10-10 c< τ
Полученные значения не превышают заданных, следовательно, рассчитанные значения емкостей оставляем.
8. Рассчитаем время восстановления, то есть время заряда емкости С после окончания обратного переключения.
tв = 4∙ Rк1 ∙С = 4∙1500 ∙0.2∙10-6= 0.001 c=1 мс
tп = Т - tв=2∙τ- tв=2∙2-1=3 мс
Если tв значительно меньше tп , то схема будет возвращаться в исходное состояние задолго до прихода следующего управляющего импульса.
9. Рассчитаем емкость разделительного конденсатора
Ср = Т / 6∙ (R1 + Rи)
Где Rи - сопротивление источника входного сигнала (принять Rи = 1 кОм)
Ср = Т / 6∙ (R1 + Rи)=2∙2∙10-3/6∙(20000+1000)=3∙10-7 Ф=0.1 мкФ
Рис. 3.2 Временные диаграммы ждущего мультивибратора
Задача 4. На вход схемы амплитудного модулятора, вольт-амперная характеристика нелинейного элемента которого задана уравнением подается напряжение несущей частоты fн и звуковой частоты FM c амплитудами Um и UM соответственно.
Определить коэффициент модуляции напряжения на контуре, добротность и параметры, при которых обеспечится прохождение АМ-колебания без искажений. Исходные данные приведены в табл. 7.5.
Изобразить принципиальную электрическую схему базового модулятора и показать амплитудно-частотные спектры входного и выходного напряжений.
Задача 4
Исходные данные:
f0=3МГц
FM=5КГц
L=350мкГн
Um=6В
UM=2В
Решение:
В соответствии с заданием обозначаем а1=8, а2=0.25 и находим в общем виде выражение для выходного тока:
где:
w0= 1.9*10^7 рад\с
М=31415,9265 рад\с
Упростим второе слагаемое:
Сгруппируем слагаемые, находящиеся возле несущей:
Из этой формулы определяем значение коэффициента модуляции:
m=0.125
Определим необходимое значение добротности::
Q=300
Параметры, при которых обеспечится прохождение АМ-колебания без искажений. При заданном значении емкости С определяем величину необходимой индуктивности.:
С=1\3,61*10^-14*350^-6=1.2635*10^-17 Ф=0,00001пФ
Изобразим принципиальную электрическую схему базового модулятора
Рис.1 Принципиальная электрическая схема базового модулятора.
Для построения амплитудно-частотного спектра входного и выходного сигналов рассчитываем амплитуды выходного сигнала на основной и боковой частотах:
im=3мА
Рис.2 Спектрограмма выходного сигналов.
Задача 5. На вход полупроводникового диодного детектора с характеристикой подано амплитудно-модулированное колебание
где Um, ω0 - амплитуда и угловая частота несущего колебания соответственно, Ω - угловая частота модулирующего колебания, m - коэффициент модуляции. Параметры сигнала и схемы приведены в табл. 7.6. Выбрать значение емкости С, включенной параллельно сопротивлению R нагрузки детектора, для осуществления фильтрации высокочастотных составляющих.
Рассчитать коэффициенты передачи детектора по постоянному и переменному токам, коэффициент нелинейных искажений продетектированного низкочастотного напряжения и коэффициент усиления детектора.
Исходные данные:
Um=3В
m=0.5
fн=4МГц
FM=4кГц
a0=5мА
a1=8мА\В
a2=0,1мА/В2
R=2кОм
Решение:
1. Определяем вид сигнала на выходе детектора в соответствии с заданной характеристикой.
распишем слагаемое при коэффициенте a1:
распишем слагаемое при коэффициенте a2:
где:
w0= 2.5132*10^ 7
=25132.7412
По проведенным расчетам записываем коэффициенты при различных гармонических составляющих:
+
i0= 5*10^-3+0.1*10^-3*9(1\2+0.0625)=5.0625*10^-4=0.5мА
I= 0.45мА
i2=56.25мкА
i= 12мА
i=24мА
i=12мА
i=450мкА
i2=506.25мкА
i2=450мкА
i2=28.1мкА
i2=28.1мкА
Значение емкости С, включенной параллельно сопротивлению R нагрузки детектора, для осуществления фильтрации высокочастотных составляющих.
С=19,8943пФ
С=19,8943нФ
Выбираем С равным:
С=1,9894нФ
Из ряда Е6 стандартных емкостей, соответствующего допустимому отклонению ±20 %, выбираем:
С=2нФ
По заданному уравнению строим нелинейную характеристику диода:
Рис.1 Нелинейная характеристика диода.
Выбираем значение тока на середине линейного участка.
Коэффициент передачи детектора по постоянному току:
Коэффициент передачи детектора по переменному току:
Коэффициент нелинейных искажений продетектированного низкочастотного напряжения:
Определяем крутизну характеристики диода:
Подставим численные данные:
Коэффициент усиления детектора определяем как:
Литература
1. Путилин В. Н, Бельский А.Я. Основы радиоэлектроники / Учебно-методическое пособие. – Минск, БГУИР, 2017. – 282 с.
2. Нефедов, В. И. Основы радиоэлектроники и связи / В. И. Нефедов, А.С. Cигов. – М.: Высш. шк., 2009. – 735 с.
3. Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы / С. И. Баскаков. – М.: Высш. шк., 2000. – 462 с.
4. Першин, В. Т. Основы радиоэлектроники / В. Т. Першин. – Минск: Выш. шк., 2006. – 399 с.
5. Ткаченко, Ф. А. Электронные приборы и устройства: учебник для студ. вузов / Ф. А. Ткаченко. – Минск; М. : Новое знание : ИНФРА-М, 2011. – 682 с.
6. Дробот, С. В. Электронные приборы и устройства. Практикум: учеб. пособие / С. В. Дробот, В. А. Мельников, В. Н. Путилин. – Мн: БГУИР, 2009. –256 с.
7. Электронные приборы. Лабораторный практикум: учеб. -метод. пособие. В 2 ч. / А. Я. Бельский [и др.]. – Минск: БГУИР: Ч.2, 2007. – 99 с.