Материал: Усиление узкополосных сигналов. Останков А.В

УДК 621.372.01; 621.391

Останков А.В. Усиление узкополосных сигналов: учеб. пособие / А.В. Останков. Воронеж: ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет", 2012. 100 с.

Учебное пособие содержит минимально необходимый теоретический материал по одноименной теме курсовой работы, последовательность проведения и ориентировочный объём исследований, методические указания по выполнению рекомендуемых расчётов и имитационного моделирования, правила оформления расчётно-пояснительной записки и защиты курсовой работы.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 210400.62 "Радиотехника" (профиль "Радиотехнические средства передачи, приема и обработки сигналов"), по специальности 210601.65 "Радиоэлектронные системы и комплексы" (специализация "Радиоэлектронные системы передачи информации"), дисциплине "Радиотехнические цепи и сигналы".

Пособие подготовлено в электронном виде в формате pdf и содержится в файле "Усиление узкополосных сигналов.pdf".

Табл. 2. Ил. 14. Библиогр.: 15 назв.

Рецензенты: кафедра сетей связи и систем коммутации Международного института компьютерных технологий (зав. кафедрой канд. техн. наук, доц. О.С. Хорпяков); канд. техн. наук, доц. В.П. Дубыкин

Останков А.В., 2012

Оформление. ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет", 2012

ВВЕДЕНИЕ

Усилитель радиосигналов представляет собой активную линейную или нелинейную цепь, предназначенную для неискаженного усиления (увеличения мгновенных значений, средней мощности) модулированных радиотехнических сигналов, практическая ширина спектра которых существенно меньше средней частоты спектра.

Усилители радиосигналов находят применение в радиотехнических устройствах, осуществляющих формирование, передачу, прием и обработку модулированных сигналов.

В отличие от идеального полосового усилителя, осуществляющего неискаженное усиление модулированных колебаний, реальный усилитель всегда вносит в усиливаемый радиосигнал искажения. Линейные искажения, проявляющиеся при работе усилителя как в линейном, так и нелинейном режимах, обусловлены неравномерностью амплитудно-частотной характеристики (частотные искажения) и нелинейностью фазочастотной характеристики (фазовые искажения) реального усилителя. Причиной нелинейных искажений, характерных только для нелинейного режима работы (режима с более высоким коэффициентом полезного действия (КПД)), является появление на выходе побочных колебаний (гармоник), а также нелинейная зависимость основной (первой) гармоники выходного сигнала от амплитуды усиливаемого колебания. Уровень искажений усиливаемого сигнала в большинстве практически значимых случаев не должен превышать допустимых значений.

Цель одноименной курсовой работы–выработатьнавыки анализа резонансного усилителя амплитудно-модулированных сигналов как в линейном, так и нелинейном режимах работы; уяснить зависимость основных характеристик усилителя от параметров его элементов; сопоставить характеристики реального усилителя с идеализированными и установить влияние неидеальности характеристик на форму усиливаемого сигнала.

3

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

В общем виде задание на курсовую работу может быть сформулировано следующим образом:

выполнить анализ однокаскадного резонансного усилителя на транзисторе, предназначенного для усиления узкополосных амплитудно-модулированных сигналов.

Объём работы и вопросы, подлежащие разработке в

рамках курсовой работы:

1)Спектральный анализ усиливаемого радиоимпульса с заданными параметрами (расчет амплитудного и фазового спектров радиосигнала). Расчет эквивалентной полосы пропускания усилителя.

2)Выбор схемы усилителя и активного элемента (транзистора). Расчет режима работы транзистора по постоянной составляющей для обеспечения линейного режима работы.

3)Расчет параметров элементов принципиальной схемы усилителя, в том числе резонансной нагрузки. Расчет ампли- тудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ) характеристик линейного усилителя.

4)Определение формы напряжения на выходе линейного усилителя при воздействии на входе заданного сигнала:

аналитически (интегралДюамеляприменительно к прохождению комплексной огибающей радиосигнала через низкочастотный эквивалент усилителя);

численно (спектральный метод анализа усилителя).

5)Применительно к сигналу той же формы, но с бόльшей амплитудой предложить новую рабочую точку, обеспечивающую в нелинейном режиме усиление с минимальными нелинейными искажениями.

6)Расчет колебательной характеристики нелинейного резонансного усилителя. Численная оценка коэффициента уси-

4

ления и коэффициента полезного действия нелинейного усилителя.

7)Проверка основных результатов расчета методом имитационного моделирования в схемотехническом симуляторе.

8)Дополнительное исследование (по согласованию с преподавателем).

Исходные данные для выполнения работы включают следующее:

1)тип транзистора (биполярный – Б или полевой – П);

2)усиливаемый радиосигнал – s1(t)=A1(t) cos(2 f0 t) – с заданными параметрами:

частотой несущего колебания (f0);

аналитическимвыражениемогибающей амплитуд A1(t);

пиковой амплитудой радиосигнала (AS1);

длительностью радиоимпульса (TS1);

3) критерий оценки практической ширины спектра усиливаемого радиосигнала: в качестве границ ширины спектра взять частóты, на которых амплитуды спектральных составляющих, по крайней мере, в раз меньше амплитуды колебания с частотой несущей;

4)минимальное значение пиковой амплитуды выходного напряжения в линейном режиме работы усилителя (AS2);

5)пиковое значение огибающей на входе усилителя при его работе в нелинейном режиме (A S1).

В начале семестра (не позднее второй-третьей недели) каждому студенту выдаётся индивидуальный вариант задания, содержащий конкретные исходные данные, необходимые студенту для выполнения курсовой работы.

Индивидуальный вариант задания представляет собой группу цифр, состоящую из восьми позиций: . Фактически это буквенно-цифровой код, каждая позиция кото-

5

рого может быть занята одним или несколькими символами, несущими строго определенную информацию. Первая позиция кода () содержит букву (Б или П), указывающую на тип используемого в схеме усилителя активного элемента. Вторая позиция()–десятичноечисло, записанное с помощью трех символов (целая часть, десятичная точка, дробная часть) и соответствующее частоте несущей радиосигнала в МГц (например, 1.0). Третья позиция () кода содержит двухзначное целое число, которое совпадает с номером аналитического выражения для огибающей амплитуд усиливаемого сигнала, заданного в таблице прил. 1. Четвертая () и пятая () позиции кода определяют соответственно значения пиковой амплитуды усиливаемого сигнала (AS1) в мВ (целое двухзначное число, например, 20) и длительности его импульса (TS1) в мс. Длительность импульса TS1 записывается помощью трех символов (целая часть, десятичная точка, дробная часть, например, 0.3). В шестой позиции () указывается целое двухзначное число , имеющее отношение к заданному критерию оценки ширины спектра сигнала (например, 10). В седьмой позиции () содержится минимальное значение пиковой амплитуды выходного напряжения в линейном режиме работы усилителя (AS2) в вольтах. Трехсимвольный формат представления этого и последующего десятичного числа предполагает наличие как целой, так и дробной части (например, 3.0). Наконец, последняя позиция кода () задаёт пиковое значение огибающей (A S2) в вольтах на входе усилителя при егоработевнелинейномрежиме(например, 0.4).

Например, варианту "Б1.015200.3103.00.4" соответствуют следующие исходные данные: тип транзистора – биполярный, частота несущего колебания f0 =1.0 МГц, огибающая амплитуд усиливаемого сигнала A1(t) указана под номером "15" в таблице прил. 1, пиковая амплитуда усиливаемого сигнала

6

AS1 =20 мВ, длительность радиоимпульса TS1 = 0.3 мс, число= 10, минимальное значение пиковой амплитуды выходного напряжения в линейном режиме работы усилителя AS2 = 3.0 В, пиковое значение огибающей на входе усилителя при его работевнелинейномрежиме A S2 =0.4 В.

В прил. 2 представлен примерный вид бланка задания на курсовую работу, вручаемого в начале семестра каждому студенту, и содержащего описанный индивидуальный код▼. При получении бланка задания от преподавателя код следует расшифровать и на основе полученной информации самостоятельно заполнить пустующие места в строках пункта "Индивидуальный вариант задания" (в образце бланка соответствующие места помечены многоточием).

Другие исходные данные, необходимые для выполнения курсовой работы, студент вправе выбрать самостоятельно исходя из существующих рекомендаций или собственных соображений. В тексте работы в первом случае следует привести ссылку на источник, цитирующий искомую рекомендацию, во втором случае – сопроводить выбор числовой величины обоснованием.

Теоретический материал, необходимый для проведения расчетов, изложен в учебной литературе [1-4].

По окончании исследований студент должен представить в срок научный отчёт о проделанной работе, оформленный в виде расчётно-пояснительной записки, и защитить полученные результаты.

▼ Внимание! Пособие не содержит конкретных индивидуальных вариантов задания на курсовую работу. Для того чтобы получить индивидуальный вариант (код), следует обратиться к преподавателю – руководителю курсового проектирования.

7