Умножение частоты

1.Схема нелинейной цепи — умножителя частоты показана на рис. 1.

Студенты гр. 1 используют указанный на схеме транзистор типа n-p-n, а студенты гр. 2 — транзистор типа p-n-p. В последнем случае требуется изменить полярность источника питания. Частота входного сигнала, подаваемого с генератора, равна: F_ВХ = 30N кГц (для гр. 1) и F_ВХ= 1+ 0,2N MГц (для гр. 2). Здесь и далее N— номер варианта. Амплитуда входного гармонического сигнала равна 1 В. Коэффициент умножения и умножителя частоты лежит в диапазоне от 2 до 4 и рассчитывается по формуле n = <N>₃ +2. Перед расчетом на ЭВМ необходимо по указанным исходным данным определить параметры колебательного контура, добротность которого 20£Q £40.

Примечание. Добротность параллельного контура равна Q = R_c/r, где R_c—суммарное сопротивление потерь в контуре, равное сопротивлению параллельно соединенных коллекторного и внешнего нагрузочного резисторов умножителя, — характеристическое сопротивление контура.

2.Получить с помощью ЭВМ графики входного и выходного сигналов. Сравнивая эти графики, убедиться в правильной работе умножителя частоты. Распечатать (или зарисовать) эти графики с указанием масштабов по осям.

3.Рассчитать амплитуду выходного сигнала, используя метод тригонометрических формул. Для этого передаточную вольт-амперную характеристику транзистора аппроксимируем следующим полиномом: , где i_к— ток коллектора транзистора, u —входное напряжение, .При расчетах учесть, что частота выходного сигнала совпадает с резонансной частотой контура и, кроме того, внешнее сопротивление нагрузки каскада выбрано много больше сопротивления резистора в коллекторной цепи умножителя. Поэтому суммарное сопротивление нагрузки каскада практически равно сопротивлению резистора контура (2 кОм). После расчетов сравнить результаты, полученные по формулам и с помощью ЭВМ.

4.Подключая осциллограф к контрольному резистору в цепи эмиттера транзистора, убедиться в возникновении косинусоидальных импульсов тока эмиттера транзистора. Объясните причину их возникновения и отличие и формы от гармонической формы входного сигнала. Используя ВАХ транзистора, рассчитать амплитуду импульсов тока эмиттера транзистора.

5*. Снять амплитудную характеристику умножителя частоты, то есть зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного. Убедиться, что при уменьшении входного сигнала до 0,1 В и ниже напряжение на выходе умножителя резко уменьшается.

6*. Уменьшая частоту входного сигнала, получить увеличенные, по сравнению с заданным, коэффициенты умножения. Убедиться в том, что умножитель частоты на транзисторе с ростом коэффициента умножения работает менее эффективно.

7*. Включить на входе каскада два последовательно соединенных источника переменного напряжения. С первого источника подать на каскад сигнал гетеродина с частотой f_r = 11F_BXn и амплитудой 0,7...1 В. У второго источника установить частоту входного сигнала равной 10F_BXn, а амплитуду — 0,02...0,2 В. Получить на выходе каскада комбинационную гармонику, частота которой совпадает с резонансной частотой колебательного контура. Исследовать характеристики полученного преобразователя частоты вниз на транзисторе: коэффициент передачи, полосу пропускания, амплитудную характеристику и зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды сигнала гетеродина.

Включая вместо второго источника на входе каскада генератор АМ-сигнала, исследовать искажения, вносимые преобразователем частоты в модулированный сигнал. Собрать и проверить работу преобразователя частоты вверх и преобразователя частоты на второй гармонике гетеродина.