Задание 3. Установите оптимальный режим усиления гармонического сигнала с частотой F =@F кГц в нелинейном усилителе

Установите оптимальный режим усиления гармонического сигнала с частотой F =@F кГц в нелинейном усилителе. Для этого:

1) снимите функциональные характеристики (ФХ) нелинейного усилителя вида I₁ = f(Е_СМ) и I₁ = f(E₁) при u_{ВХ МАКС} = 0 (пункт меню «Исследование ФХ»),

2) определите по ним параметры оптимального режима работы нелинейного усилителя (Е_1ОПТ и Е_{СМ ОПТ}) из условия получения максимальной мощности выходного сигнала и вычислите соответствующий ему угол отсечки тока (пункты меню «Помощь» / «Вычисления»).

3) установите этот режим и получите усиление гармонического сигнала с вышеуказанной частотой, используя в качестве нагрузки колебательный контур (LC) c добротностью Q = 20.

Зафиксируйте в отчете:

1) функциональные характеристики вида I₁ = f(Е_СМ) и I₁ = f(E₁) при u_{ВХ МАКС} = 0;

2) диаграмму работы усилителя в оптимальном режиме;

3) спектрограммы входного напряжения и выходного тока НЭ;

4) осциллограмму и спектрограмму выходного напряжения.

Варианты: 1) U = –2 В, F = 2 кГц; 2) U = –3 В, F = 3 кГц;

3) U = –4 В, F = 4 кГц; 4) U = –5 В, F = 5 кГц; 5) U = –6 В, F = 1 кГц.

Комментарии и выводы

Нелинейный режим усиления целесообразно использовать для повышения к.п.д. усилителя, который с уменьшением угла отсечки косинусоидальных импульсов тока θ от 180° до 0° монотонно возрастает от 50% до 100%.

Оптимальный режим усиления предполагает достижение максимально возможной мощности на выходе усилителя при заданной величине максимального тока в импульсе косинусоидальной формы, определяемой максимальным значением входного напряжения u _{вх.макс}. Параметры оптимального режима можно определить:

1) Е _{см –} по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I ₁ = f (E _см) при заданной величине u _{вх.макс},

2) E _{1 макс} – по абсциссе максимума функциональной характеристики вида I ₁ = f (E ₁) при заданной величине u _{вх.макс}.

Оптимальная величина угла отсечки выходного тока при этом оказывается равной

где n – номер гармоники.

В случае усиления, когда полезной составляющей выходного тока является 1-я гармоника частоты входного сигнала, n = 1 и θ_опт = 120°.