Система представляет <<черный ящик>>, если интересуются лишь связью между сигналами на входе и выходе и не описывают внутренние процессы в системе. Сигнал U_вых - результат воздействия системного оператора Т на сигнал U_вх.
U_вых=Т U_вх (3.2)

Линейные цепи с постоянными параметрами
1. Цепь является линейной, если входящие в нее элементы не зависят от внешней силы (напряжения, тока), действующей на цепь.

2. Линейная цепь подчиняется принципу суперпозиции (наложения).

(3.3)

где - произвольное число.

Суть принципа суперпозиции: при действии на линейную цепь нескольких внешних сил поведение цепи (ток, напряжение) можно определить путем наложения (суперпозиции) решений, найденных для каждой из сил в отдельности.

3. При сколь угодно сложном воздействий в линейной цепи с постоянными параметрами не возникает колебаний новых частот. Ни одно из преобразований сигналов, сопровождающихся появлением новых частот (т.е. частот, отсутствующих в спектре входного сигнала) не может в принципе быть осуществлено с помощью линейной цепи с постоянными параметрами. Это вытекает из того факта, что при гармоническом воздействии на линейную цепь с постоянными параметрами колебания на выходе также остается гармоническим с той же частотой, что и на входе, изменяются лишь амплитуда и фаза колебания. Такие цепи находят широчайшее применение для решения задач, не связанных с трансформацией спектра, таких как линейное усиление сигналов, фильтрация (по частотному признаку) и т.д.
Линейные цепи с переменными параметрами
Одно или несколько параметров изменяются во времени (но не зависят от сигнала). Подобные цепи часто называются линейными параметрическими, свойства 1 и 2 (для линейных цепей с постоянными параметрами) справедливы и для линейных параметрических цепей. Однако, в отличие от предыдущего случая, даже простейшее гармоническое воздействие создает в линейной цепи с переменными параметрами сложное колебание, имеющие спектр частот.

---

Линейная цепь с переменными параметрами преобразует частотный спектр воздействия и, следовательно, может быть использовано для некоторых преобразований сигналов, сопровождающихся трансформацией спектра.
Нелинейные цепи
Если условие (3.3) не выполняется, то говорят, что система является нелинейной.

Радиотехническая цепь является нелинейной, если в ее состав входят один или несколько элементов, параметры которых зависят от уровня входного сигнала.

Все физические системы, с которыми имеет дело радиотехника, в той или иной степени нелинейные.

Нелинейные радиотехнические устройства содержать в себе обычно такие элементы, как полупроводниковые диоды и транзисторы, имеющие ВАХ сложного вида.


Рисунок 3.2 Вольт–амперная характеристика нелинейного элемента (диода)
Основные свойства нелинейных систем:

1. К нелинейным цепям принцип суперпозиции неприемлем. Это свойство нелинейных цепей тесно связано с кривизной вольт – амперных (или иных аналогичных) характеристик нелинейных элементов, нарушающей пропорциональность между током и напряжением. Например, для диода если напряжению U, соответствует ток i₁, а напряжению U₂ – ток i₂, то суммарному напряжению U₃= U₁+ U₂ будет соответствовать току i₃ отличный от суммы i₁+ i_2.

При анализе воздействия сложного сигнала на линейную цепь его нельзя разлагать на более простые, необходимо искать облик цепи на результирующий сигнал. Достоинством линейной цепи является, то что, по крайней мере, теоретически можно решить любую задачу о преобразовании входного сигнала такой системы.

Недостаток линейной цепи - сложность. Далеко не все результаты могут быть получены аналитическим путем. Непременность для нелинейных цепей принципа суперпозиции делает непригодными спектральных и иные методы анализа, основные на разложении сложного сигнала на составляющие. Однако именно с помощью нелинейных элементов осуществляются важнейшие преобразования радиотехнических синапов.

2. Важным свойством нелинейной цепи является преобразование спектра сигнала. При воздействии на нелинейную цепь простейшего гармонического сигнала в цепи помимо колебаний основной частоты возникают гармоники с частотами, кратными основной частоте. При сложной форме сигнала в нелинейной цепи помимо гармоник возникают еще и колебания с комбинационными частотами, являющиеся результатами взаимодействия отдельных колебаний, входящих в состав сигнала.

---

Рисунок 3.3 Спектр сигнала
Краткая характеристика исследуемых цепей и сигналов
В данной работе используется универсальный лабораторный стенд со сменным блоком НЕЛИНЕЙНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ. Принципиальная схема исследуемой цепи (рис. 3.1) содержит резистивный усилительный каскад на полевом транзисторе. Для формирования этой схемы достаточно переключатель НАГРУЗКА (RVLC) установить в положение "R"; состояние остальных переключателей макета безразлично (колебательный контур и связанные с ним цепи в данной работе не используются).


Е_СМ




Рисунок 3.4 Принципиальная схема исследуемой цепи



Источниками входных сигналов служат внутренние генераторы, гнезда, и регуляторы выходного напряжения которых расположены в левой части стенда (в блоке ИСТОЧНИКИ СИГНАЛОВ). Там же находится встроенный звуковой генератор типа Г3-111. Входные сигналы, подаваемые на любые из трех входов макета (гнезда 13), а также напряжение смещения Е_СМ, через сумматор () подаются на затвор полевого транзистора (гнездо 4). Сумматор выполнен на операционном усилителе; его коэффициент передачи по каждому входу равен единице. Схема сумматора исключает взаимное влияние между входами 1,2 и 3, что позволяет измерять напряжения каждого источника, непосредственно на входе сумматора, не отключая остальные источники. Выходом макета является гнездо 5 в цепи стока. Напряжение смещения устанавливается движковым потенциометром в правой части стенда (ручкой Е_СМ) и контролируется вольтметром, расположенным выше. Для измерения постоянной составляющей тока стока (i_С) там же расположен микроамперметр. Для включения прибора в цепь стока следует нажать кнопку "i_С" в середине сменного блока.

В работе используются также встроенный вольтметр переменного напряжения типа В7-38, двулучевой осциллограф и персональный компьютер (ПК), который в данной работе используется в качестве спектроанализатора.

Лабораторное задание
1. Снимите и постройте вольт-амперную характеристику нелинейного элемента.

---

2. Исследуйте преобразование формы и спектра моногармонического сигнала на квадратичном участке вольт-амперной характеристики нелинейного элемента.

3. Исследуйте преобразование формы и спектра бигармонического сигнала на квадратичном участке вольт-амперной характеристики нелинейного элемента.

Порядок выполнения работы
3.1 Снятие вольтамперной (сток-затворной) характеристики полевого транзистора i_С=f(Е_СМ) производится путем последовательной установки ряда напряжений смещения (таблица 3.1), измеряя для каждого из них значения тока стока i_С. Для последнего необходимо нажать кнопку " i_С ", не имеющую фиксации, и снять отсчет со встроенного миллиамперметра.
Таблица 3.1

ЕСМ	В	0	-0,5	-1	-1,5		U0
iС	мА						0

При этом следует учесть, что полное отклонение стрелки этого прибора - 5,0 мА, и не зависит от положения переключателя пределов измерений. Во избежание ошибок при снятии вольтамперной характеристики следует отключать все провода от входов сумматора. После заполнения таблицы построить график i_С(Е_СМ).


i_C





Моногармоническое воздействие

3.2 Моногармоническое воздействие u_ЗИ = Е_СМ + U_mcos2f₁t.

На построенной вольт-амперной характеристике (ВАХ) определить границы квадратичного участка (u₀Е_СМ 0).
Преобразование на квадратичном участке ВАХ
3.3 Положение рабочей точки выбирается на середине квадратичного участка ВАХ, т.е. Е_СМ1 = u₀/2, где u₀ - напряжение отсечки (рисунок 3.6.). Установить полученное значение Е_СМ1 потенциометром Е_СМ и занести его в таблицу 3.2.


i_C

---

Таблица 3.2

ЕСМ1=...В;		f1 =1кГц;	Um1=...В;	U1=Um1/2=…В
Частота	0	f1	2 f1	3 f1	...
Амплитуда					...

3.4 Амплитуда входного сигнала U_m1 должна быть такой, чтобы сигнал занимал весь квадратичный участок ВАХ (от нуля до отсечки), т.е. U_m1=Е_СМ1 (рисунок 3.6).

Ввиду того, что измерительные приборы имеют градуировку в действующих (U), а не амплитудных (U_m) значениях, следует установить на входе макета (гнезда 1, 2 или 3) такое напряжение от источника "1кГц" (левое верхнее гнездо стенда), чтобы подключенный к входу вольтметр показывал:
U₁= U_m1 /2. (3.4)
3.5 Временные диаграммы и спектры при моногармоническом сигнале наблюдается на входе (гнездо 4) и выходе (гнездо 5) преобразователя. Они зарисовываются друг под другом с сохранением соответствия, как по оси времени, так и по оси частот.

Для анализа спектра на ПК соответствующее гнездо стенда соединить специальным проводом с входом "А" ПК, расположенным внизу стенда, левее встроенного вольтметра В7-38. На приводимых спектрограммах обязательно указывать частоты в Гц и амплитуды спектральных составляющих. Эти же данные внести в таблицу 3.2.
Преобразование на кусочно-параболическом участке ВАХ
3.6 Установить Е_СМ2 = u₀.

3.7 Установить амплитуду входного сигнала U_m2=u₀ (рисунок 3.7). Обратите внимание на используемое здесь обозначение: U_m2 означает второе значение амплитуды входного сигнала (не путать со второй гармоникой).

3.8 Повторить пункт 3.5 для Е_СМ2 и U_m2, заполнив таблицу 3.3, подобную таблице 3.2.
U_m2




i_C



0 u_ЗИ

u₀







Е_CМ2

---

Смотрите также файлы

• Задания для повторения курса алгебры 7 класса.ppt

• Творческий проект.docx

• йел педагог.docx

• Илясова Елизавета, группа 4202.docx

• Конспект 1 Конспект 2 Задание 1 Задание 2 Задание 3 1 практическое задание 2 практическое задание.doc