УСТАНОВКА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНОСТИ АКТИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

Полезная модель относится к области учебных пособий, а именно к пособию по анализу спектра сигналов в радиотехнике, и предназначена для использования преимущественно в учебном процессе для проведения демонстраций, лабораторных работ.
Известны гетеродинные анализаторы спектра последовательного действия (Измерения в электронике: Справочник / В.А.Кузнецов, В.А.Долгов, В.М.Коневских и др.; Под ред. В.А.Кузнецова. - М.: Энергоатомиздат, 1987.), однако их применение в учебном процессе затруднено тем, что они имеют высокую стоимость.
Известны также установки, предназначенные для осуществления последовательного спектрального анализа, состоящие из генератора (или генераторов - в зависимости от вида исследований) сигналов, исследуемого объекта и селективного вольтметра, однако они рассчитаны на применение нескольких лабораторных приборов, что также затрудняет их применение в учебном процессе.
Задачей технического решения является создание установки, позволяющей оперативно продемонстрировать явления, возникающие при работе активного элемента на нелинейных участках своей вольт - амперной характеристики, с привлечением минимального количества лабораторных контрольно-измерительных приборов за счет объединения в ее составе узлов, позволяющих заменить стандартные лабораторные контрольно-измерительные приборы, такие как высокочастотный и низкочастотный генератор сигналов, лабораторный источник питания.
Технический результат заключается в существенном уменьшении габаритов установки, расширении функциональных возможностей, сокращении времени подготовки к работе.
Технический результат достигается тем, что установка для моделирования нелинейности активного элемента, согласно решению, включает осциллограф и приставку к нему, содержащую три генератора на фиксированные частоты, первый из которых настроен на частоту из звукового диапазона, второй из ультразвукового, третий из диапазона радиочастот; каскад на активном элементе, имеющий два входа и выход, первый вход соединен со вторым генератором непосредственно, второй вход соединен с первым генератором через регулятор глубины модуляции и с третьим генератором через тумблер отключения сигнала; переключатель выбора режима работы, обеспечивающий взаимоисключающее соединение второго входа каскада с первым или третьим генератором; регулятор режима активного элемента, соединенный с каскадом; перестраиваемый резонансный усилитель, вход которого соединен с выходом каскада; эмиттерный повторитель, вход которого соединен с выходом перестраиваемого резонансного усилителя, а выход с осциллографом; источник питания, подключенный к генераторам, каскаду, перестраиваемому резонансному усилителю и эмиттерному повторителю. Каждый из трех генераторов снабжен дополнительным выходом. Перестраиваемый резонансный усилитель соединен с каскадом и эмиттерным повторителем с возможностью непосредственного подключения каскада к эмиттерному повторителю.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема установки. Позициями на чертеже обозначены:
1 - генератор колебаний частотой 400 кГц;
2 - генератор колебаний частотой 1 МГц;
3 - генератор колебаний частотой 1 кГц;
4 - тумблер отключения сигнала 1 МГц;
5 - регулятор глубины модуляции;
6 - регулятор режима активного элемента,
7 - каскад на активном элементе;
8 - переключатель выбора режима работы;
9, 11 - реле;
10 - перестраиваемый резонансный усилитель;
12 - источник питания,
13 - эмиттерный повторитель,
14 - осциллограф.
Установка состоит из двух частей: универсального осциллографа и приставки к нему. Приставка состоит из трех блоков, расположенных в одном корпусе, снабженном передней панелью - блока генераторов, блока преобразования сигналов, блока питания.
На фиг.2 представлена схема блока генераторов, где: Q1 - кварцевый резонатор на частоту 400 кГц; Q2 - кварцевый резонатор на частоту 1 МГц; VT1-VT6 - транзисторы 2Т3102А, VT7 - КТ315Б, VT8 - КТ817Г; VD1-VD3 - стабилитроны 2C212В. Резисторы: R1, R5, R11, R15, R16, R21-R24 - 10 кОм; R2, R8, R9, R12, R18, R19 - 6,8 кОм; R3, R7, R13, R17 - 1 кОм; R4, R14, R27 - 300 Ом; R10, R20, R30 - 680 Ом; R25 - 100 кОм; R26 - 1,5 кОм; R28 - 24 кОм; R29 - 82 кОм. Конденсаторы: C1, C6-C19, C15-C18, C23 - 0,1 мкФ; C2 - 68 нФ; C4, C13 - 16 пФ; C5 - 0,22 мкФ; C7 - 100 пФ; C14 - 82 пФ; C9, C20-C22 - 10 пФ; C15 - 2700 пФ; C16 - 2200 пФ; C18 - 200 пФ; C19, C25 - 10 мкФ, 50 В; C24 - 1 мкФ; C26 - 1000 мкФ 16 В. Блок генераторов (фиг.2) включает в себя генераторы 1, 2, 3, схематически изображенные на фиг.1. Генераторы на частоты 1 МГц и 400 кГц выполнены по одной структурной схеме: «кварцевый генератор - резонансный усилитель - буферный каскад». Кварцевый генератор на частоту 400 кГц построен на элементах VT1, R1-R3, Q1, C1-C3, а на частоту 1 МГц на элементах VT4, R11-R13, Q2, C10-C12. Резонансные усилители выполнены на элементах VT2, R5-R7, C4-C6, L1 и VT5, R15-R17, C13-C15, L4 для генераторов 400 кГц и 1 МГц соответственно. Буферные каскады выполнены на элементах VT3, R8-R10, C7, C9, L2 и VT6, R18-R20, C16, C18, L5 для генераторов 400 кГц и 1МГц соответственно. Генератор на частоту 1 кГц выполнен на элементах VT7, R21-R26, C20-C22, а буферный каскад данного генератора выполнен на элементах VT8, R28-R30, C24, C26. Все три генератора имеют в цепях питания параметрические стабилизаторы на элементах R4, VD1, R14, VD2, R27, VD3.
На фиг.3 представлена схема блока преобразования сигналов, где: SA1 - переключатель галетный 3П1Н; SA2 - микротумблер типа МТ-1; P1, P2 - реле типа РЭС-10; VT1 - транзистор КТ325 (активный элемент); VT2, VT3 - КТ3102А; VD1 - диод КД521; L3, L6 - дроссели 500 мкГн. Резисторы: R1 - 62 кОм, R2 - 33 кОм, R3 - 22 кОм (переменный), R4 - 8,2 кОм, R5 - 4,7 кОм, R6 - 2,2 кОм, R7 - 500 кОм (переменный), R8 - 680 Ом, R9, R10 - 10 кОм, R11 - 1 кОм, R12, R13 - 6,8 кОм, R14 - 680 Ом. Конденсаторы: C3, C6 - 12/495 пФ, C1, C2, C4, C5, C7, C8, C9, C10 - 0,1 мкФ.
Блок преобразования сигналов включает в себя элементы 4-11, 13, схематически изображенные на фиг.1. Каскад на активном элементе 7 выполнен на элементах VT1, R1, R4, R5, R7, R8, C1, C3, C4, L1, L2. Активный элемент VT1 - транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером с резонансной нагрузкой в виде перестраиваемого колебательного контура, образованного элементами L1, C3. Индуктивно связанная с контуром катушка L2 совместно с конденсатором C4 образует выход каскада. Первый вход каскада, подключенный к генератору 400 кГц, соединен с базой транзистора VT1, а второй вход, к которому подключен переключатель выбора режима работы SA1, соединен с эмиттером транзистора. Регулятор режима активного элемента - переменный резистор R7, который совместно с элементами R4, R5 образует регулируемый делитель напряжения смещения активного элемента.
Перестраиваемый резонансный усилитель 10 выполнен на элементах VT2, R9-R11, C6-C8, L4, L5 и представляет собой транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером с резонансной нагрузкой в виде перестраиваемого колебательного контура, образованного элементами L4, C6. Индуктивно связанная с контуром катушка L5 совместно с конденсатором C8 образует выход усилителя. Вход усилителя соединен с базой транзистора VT2.
Эмиттерный повторитель 13 выполнен на элементах VT3, R12-R14, C10, C11. Вход повторителя соединен с базой транзистора VT3, а выход - с эмиттером транзистора VT3.
В цепях питания каскада на активном элементе, перестраиваемого резонансного усилителя, эмиттерного повторителя установлены фильтры на элементах L3, C5 и L6, C9.
Элементы P1 и P2 (реле 9 и 11 соответственно), VD1, SA2 предназначены для отключения перестраиваемого резонансного усилителя.
Регулятор глубины модуляции 5 выполнен на переменном резисторе R3. На передней панели приставки расположены следующие элементы, изображенные на фиг.3: переключатель режимов работы SA1; тумблер отключения резонансного усилителя SA2; регулятор глубины модуляции R3; регулятор режима активного элемента R7. Кроме того, на передней панели расположен тумблер 4 отключения сигнала 1 МГц, показанный на фиг.1.
Устройство обеспечивает работу в трех режимах - умножитель частоты, смеситель или модулятор. С генератора 400 кГц сигнал поступает на первый вход каскада на активном элементе. Второй вход каскада в зависимости от режима работы - умножитель частоты, смеситель или модулятор - подключается посредством переключателя выбора режима работы SA1 соответственно либо к общему проводу схемы, либо к генератору 1 МГц через тумблер отключения сигнала, либо к генератору 1 кГц через регулятор глубины модуляции R3. Выделенный колебательным контуром L1, C3 сигнал снимается с катушки L2 и поступает, в зависимости от того, подано ли напряжение на реле P1 и P2 (на фиг.1 - реле 9 и 11), либо на вход эмиттерного повторителя, либо на вход перестраиваемого резонансного усилителя, выполняющего роль активного полосового фильтра, наличие которого делает более удобным выделение составляющих спектра, имеющих малую амплитуду. Для отключения резонансного усилителя подают с тумблера SA2 напряжение на реле P1 и P2. Выделенный в перестраиваемом резонансном усилителе колебательным контуром L4, C6 сигнал снимается с катушки L5 и поступает на вход эмиттерного повторителя 13, служащего элементом связи между приставкой и осциллографом 14, входящим в состав установки. Эмиттерный повторитель обеспечивает возможность параллельной подачи сигнала на другие приборы, которые могут входить в состав установки, например частотомер, ВЧ вольтметр и др.
Источник питания 12 приставки выполнен по схеме «трансформатор - выпрямитель - стабилизатор» и особенностей не имеет.