Анализ прохождения «слабого» гармонического сигнала через безынерционную нелинейную цепь

Лабораторная работа 3

Четырехполюсники и цепи, содержащие элементы, параметры которых являются функциями напряжений и токов, называются нелинейными. Связь между током  и напряжением  устанавливается нелинейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ), вид которой определяется в каждом конкретном случае экспериментально.[pic 1][pic 2]

В нелинейных цепях (НЦ) происходит обогащение спектра сигналов, поэтому область применения их шире, чем линейных. С помощью НЦ можно осуществлять ряд важнейших радиотехнических преобразований сигналов, таких как генерирование колебаний, модуляция, детектирование, преобразование частоты и т. д.

Анализ прохождения «слабого» гармонического сигнала через безынерционную нелинейную цепь (транзисторный каскад)

Рассмотрим цепь на рисунке  1.

[pic 3]

Рисунок 1 - Схема исследуемой цепи

На рисунке 2 представлен график проходной ВАХ транзистора  По оси  обозначен ток  в миллиамперах, по оси  –  в милливольтах.[pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8]

[pic 9]

Рисунок 2 - График проходной ВАХ транзистора [pic 10]

Ток насыщения коллектора составляет  А при начальном напряжении насыщения  В. Крутизна  ВАХ вблизи рабочей точки (смещения)  В составляет  мА/В.[pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]

Построим ВАХ по измеренным точкам и аппроксимируем ее степенным полиномом 2-й степени (рисунок 3).

[pic 16]

Рисунок 3 - График проходной ВАХ транзистора  по измеренным точкам и зависимость аппроксимирующей функции[pic 17]

Рассчитаем погрешность аппроксимации и по полученным данным построим график (рисунок 4).

[pic 18]

Рисунок 4 - График погрешности аппроксимации

Используемая узловая аппроксимация по некоторым заданным точкам дает совпадение значений аппроксимирующей функции с требуемой функцией только в этих узлах. На точность аппроксимации между узлами ВАХ влияет интервал аппроксимации и протяженность аппроксимируемого отрезка. Снимем график временной зависимости входного сигнала на базе транзистора  (рисунок 5). На данном графике по оси Y напряжение в милливольтах, по оси X – время в микросекундах. Значения амплитуды составляет мВ, период мкс. Определим частоту входного сигнала МГц.[pic 19][pic 20][pic 21][pic 22]

[pic 23]

Рисунок 5 - График временной зависимости входного сигнала на базе транзистора [pic 24]

Снимем график временной зависимости тока коллектора транзистора  (рисунок 6). На данном графике по оси Y ток в миллиамперах, по оси X – время в микросекундах.[pic 25]

[pic 26]

Рисунок 6 - График временной зависимости тока коллектора транзистора [pic 27]

Снимем график временной зависимости выходного сигнала на коллекторе транзистора  (рисунок 7). На данном графике по оси Y напряжение в вольтах, по оси X – время в микросекундах.[pic 28]

[pic 29]

Рисунок 7 - График временной зависимости выходного сигнала на коллекторе транзистора [pic 30]

Снимем график совмещенных спектров сигнала на базе  и выходного сигнала на коллекторе  (рисунок 8). На данном графике по оси Y – напряжение в логарифмическом масштабе, по оси X – частота в мегагерцах. Измерим значение частоты и амплитуды гармоник спектров входного и выходного сигналов.[pic 31][pic 32]

[pic 33]

Рисунок 8 - График совмещенных спектров сигнала на базе  и выходного сигнала на коллекторе [pic 34][pic 35]