Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических цепях

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.Я. БАСКЕЙ, А.Н. ЯКОВЛЕВ

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

СИГНАЛОВ В НЕЛИНЕЙНЫХ

РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ

ЦЕПЯХ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

НОВОСИБИРСК

2010

УДК 621.372 (075.8)

Б 273

Инновационно-образовательная программа НГТУ

«Высокие технологии»

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. С.П. Новицкий
д-р техн. наук, проф. В.П. Разинкин

Баскей В.Я. 

Б 273
Преобразования сигналов в нелинейных радиотехнических 

цепях : учеб. пособие / В.Я. Баскей, А.Н. Яковлев; под ред. 
А.Н. Яковлева. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2010. – 56 с.

ISBN 978-5-7782-1408-8

Пособие содержит описание 8 лабораторных и учебно-исследо
вательских работ по преобразованию сигналов в нелинейных радиотехнических цепях (нелинейное резонансное усиление, умножение 
частоты, модуляция, детектирование, генерирование).

Для студентов радиотехнических специальностей факультета ра
диотехники и электроники и других факультетов, где теория радиотехнических цепей и сигналов изучается как важнейшая составная 
часть соответствующих курсов.

УДК 621.372 (075.8)

ISBN 978-5-7782-1408-8
© Баскей В.Я., Яковлев А.Н., 2010
© Новосибирский государственный 

технический университет, 2010 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие содержит описание восьми работ по 

второй части курса «Радиотехнические цепи и сигналы» (поэтому нумерация идет как продолжение первой части). Оно может быть использовано также для изучения других дисциплин, таких как «Теория электрической связи», «Основы радиотехники», «Основы радиотехники и 
электроники», «Теоретические основы радиотехники», «Основы теории цепей и сигналов», и других, включающих в свою программу теорию нелинейных радиотехнических цепей и преобразование сигналов 
в этих цепях.

По рабочей программе второй части курса «Радиотехнические цепи 

и сигналы» предусмотрено выполнение четырех работ. Именно поэтому первые четыре работы поставлены как лабораторные. Последующие – как учебно-исследовательские, они могут также использоваться 
как контрольные и практические задания, как составная часть курсовых работ и др. Кроме того, в пособии даны три приложения.

Работы поставлены так, что позволяют преподавателю индивидуа
лизировать как сами работы, так и задания, выдаваемые каждой бригаде или каждому студенту.

При разработке заданий авторы исходили из необходимости прове
дения студентами предварительных расчетов, а затем практической 
проверки результатов на стенде, сопоставительного анализа экспериментальных данных с расчетными.

Работы выполнены с использованием программной среды «Multi
sim-10» .

Работы № 9–12 разработаны совместно, а работы № 13–16 –

А.Н. Яковлевым.

Авторы благодарят рецензентов профессоров С.П. Новицкого и 

В.П. Разинкина за сделанные критические замечания.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Р а б о т а  №  9

НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ УСИЛЕНИЕ.

УМНОЖЕНИЕ ЧАСТОТЫ

9.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование нелинейного усиления колебаний и умножения час
тоты колебаний в резонансном усилителе на полевом транзисторе; определение основных параметров и характеристик.

9.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО 

ВИРТУАЛЬНГО УСТРОЙСТВА

Лабораторная работа выполняется в среде «Multisim». Схема вир
туального устройства – нелинейного преобразователя сигналов (НП-1) 
показана на рис. 9.1. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) полевого 
транзистора приведена в приложении 2 на рис. П.2. Величины 
п
,
C R и 

ш
R
приведены в таблице заданий (для каждой бригады).
В состав лабораторного виртуального стенда кроме преобразовате
ля НП-1 входят следующие приборы:

генератор амплитудно-модулированных сигналов G1;
источник напряжения смещения (+2 В) с возможностью пошаго
вого изменения напряжения 
0
U с шагом 0,1 В (5 %) и DC-вольтметром 

на выходе;

источник питания НЭ с напряжением 
п
E = –12 В;

АС-вольтметр на выходе;

Рис. 9.1

двухканальный осциллограф XSC1;
измеритель АЧХ (Bode Plotter) XBP1,
анализатор спектра XSA1.

9.3. ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

Исходные параметры схемы приведены в таблице заданий (прило
жение 3).

1. Изучите основные вопросы темы по конспекту лекций и литера
туре [1, с 106–114;  5, гл. 5 и 6;  2, с. 231–235;  4, с. 177–181].

2. Рассчитайте резонансную частоту 
pf , характеристическое со
противление 
, добротность Q , полосу пропускания 
0.7
2 f
и резо
нансное сопротивление 
p
Z
контура усилителя без учета сопротивления 

шунта 
ш
R .

3. Повторите расчет с учетом сопротивления шунта 
ш
R .

4. Рассчитайте сопротивление нагрузки НЭ 
н
Z (c учетом непол
ного подключения контура (
1 /
p
L
L) в цепь транзистора).

5. Используя ВАХ транзистора, рассчитайте среднюю крутизну 

cp
1 /
m
S
I
U
, коэффициент резонансного усиления (
p
K ) и выходное 

напряжение усилителя (
вых
U
). Режим работы НЭ (
0
U и 
m
U ) указан в 

таблице заданий.

Амплитуду тока первой гармоники рекомендуется определять по 

формуле трех ординат 
1
max
min
(
) / 2
I
i
i
.

Результаты расчетов по пунктам 2–5 сведите в таблицу.

pf ,

кГц

,

кОм

Q
0.7
2 f
,

кГц

p
Z ,
кОм

pэ
Z ,
кОм

э
Q
0.7.э
2 f
,

кГц

н
Z ,
кОм

cp
S ,

мА/В

p
K
вых
U
,

В

PS. Сохраните эти данные для последующей работы (№ 10).

6. Рассчитайте и постройте амплитудную (колебательную) ха
рактеристику усилителя

1
max
min
(
)
[
(
)
(
)]/ 2
m
m
m
I
f U
i
U
i
U
при 
0
0.5 B
U
.

7. Определите угол отсечки для оптимальной работы удвоителя и 

соответствующее напряжение смещения 
0
U . Амплитуду 
m
U
входного 

напряжения частоты 
p / 2 считать: а) фиксированной и равной 0.5 В; 

б) регулируемой и численно равной 
0
U .

Расчетные соотношения

Резонансная частота 
pf , характеристическое сопротивление 
, доброт
ность Q , полоса пропускания 
0.7
2 f
и резонансное сопротивление 
p
Z
кон
тура усилителя без учета сопротивления шунта 
ш
R :

p

1

2

f

LC

, 
p

p

1
L
L
C
C

, 

п

Q
R

, 
0.7
2

pf
f
Q

, 
p
Z
Q .

Эквивалентные резонансное сопротивление 
pэ
Z
, добротность 
э
Q и поло
са пропускания 
0.7.э
2 f
контура усилителя с учетом сопротивления шунта 

ш
R :